Биология внутренних вод, 2022, № 1, стр. 46-62

ВВЕДЕНИЕ

Интерес к экологии личинок настоящих комаров (Culicidae), заселяющих микроводоeмы, связан в первую очередь с их способностью распространять возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний человека. Среди типичных обитателей микроводоемов основное внимание уделяется Aedes aegypti (L., 1762) и A. albopictus (Skuse, 1895) (Becker et al., 2010). Ae. albopictus переносит лихорадки денге, Зика и Западного Нила, чикунгунью и энцефалит Ла-Кросс (Dahmana, Mediannikov, 2020), Ae. aegypti – лихорадки денге и Зика, жeлтую лихорадку, чикунгунью, вирусы Синдбис, Майарао и другие инфекции (Alto et al., 2005; Long et al., 2011; Dutra et al., 2016). Микроводоемы заселяют и некоторые представители рода Anopheles – известные переносчики малярии, а также филяриозов, некоторых арбовирусов и других инфекций (Kitching, 2000; Becker et al., 2010). Для борьбы с личинками опасных комаров широко применяются инсектициды, но этот метод имеет ряд хорошо известных недостатков. Инсектициды негативно воздействуют на других членистоногих, а целевые виды нередко вырабатывают устойчивость к ядовитым веществам (Папченкова, Макрушин, 2013; Su et al., 2019). На этом фоне перспективно выглядят биологические методы борьбы, среди которых – использование против личинок комаров естественных хищников. Исследование трофической экологии кулицид имеет и теоретическое значение. Личинки комаров часто обильны в пресных водах, а после метаморфоза покидают водоемы. При этом они переносят на сушу биомассу и биогенные элементы, тем самым упрочняя связи между наземными и водными экосистемами (Baxter et al., 2005). Кроме того, населенные комарами микроводоемы сами могут стать интересными модельными объектами трофической экологии (Srivastava, Lawton, 1998; Srivastava et al., 2004).

В данной работе обсуждаются хищники, способные контролировать численность личинок комаров в фитотельматах и их искусственных аналогах (Приложение, рис. 1S). Фитотельматы – микроводоeмы образованные в полостях растений, например, в дуплах, пазухах листьев, розетках бромелиевых, полостях стеблей бамбуков, ловчих кувшинах хищных растений и в других объектах. Объем таких водоeмов варьирует от 3–10 мл (скопления воды в пазухах и влагалищах листьев) до ≥ 30 л (крупные дупла), но чаще всего ≤1 л. Продолжительность их жизни неодинакова ‒ небольшие фитотельматы могут осушаться и наполняться, в зависимости от режима осадков и испарения, а крупные дупла сохраняют воду годами. Основой цепей питания в фитотельматах служит детрит, в первую очередь листовой опад, а также разлагающийся материал самого растения, в котором сформирован водоем (Williams, 1987; Kitching, 2000). Искусственными аналогами фитотельмат могут быть цветочные вазы, поилки и ванночки для животных, скопления воды в выброшенных шинах и банках (Thorp, Rogers, 2015). Очерченный круг водоемов частично соответствует английскому термину container habitats (“контейнерные местообитания”), который, однако, объединяет также и более крупные водоемы, например водосборные цистерны.

ОБЩИЙ ОБЗОР ХИЩНИКОВ, ПОЕДАЮЩИХ КУЛИЦИД В МИКРОВОДОЕМАХ

Плоские черви (Platyhelminthes). Некоторые турбеллярии (Turbellaria) способны питаться личинками комаров (Medved, Legner, 1974; Dambach, 2020). Турбеллярии встречаются в фитотельматах (Kitching, 2000), но пока неизвестно, в какой степени они могут влиять на численность кулицид. Некоторые турбеллярии (Girardia anceps (Kenk, 1930) (Tricladida: Dugesiidae), Mesostoma ehrenbergii (Focke, 1836) и Bothromesostoma cf. evelinae Marcus, 1946 (Rhabdocoela: Typhloplanidae)), не отмеченные в фитотельматах, могут успешно выживать и поедать комаров в искусственных микроводоeмах; их, вероятно, можно использовать для борьбы с комарами (Tranchida et al., 2009).

Паукообразные (Arachnida). Личинки комаров могут входить в рацион водных и полуводных пауков, таких как европейские Argyroneta (Cybaeidae), всесветно распространенные Dolomedes (Pisauridae), Pirata и Pardosa (Lycosidae) (Перевозкин и др., 2004), но присутствие этих хищников не характерно для микроводоeмов (Kitching, 2000). Единственный известный пример паука, охотящегося на личинок комаров в фитотельматах (полостях стеблей бамбука), это Paracyrba wanlessi Żabka et Kovac, 1996 (Salticidae) (Żabka, Kovac, 1996). Водяные клещи рода Arrhenurus (Arrhenuridae) могут питаться личинками комаров первого возраста (Rajendran, Prasad, 1994) и встречаются в фитотельматах (Kitching, 2000). Работы по оценке паукообразных в качестве агентов биологического контроля комаров не проводили.

Ракообразные (Crustacea). К важным регуляторам численности комаров в микроводоемах относятся веслоногие ракообразные (Copepoda). Копеподы используются на практике в качестве агентов биоконтроля (Lazaro et al., 2015), и им посвящен отдельный раздел данной статьи. Среди других ракообразных поедание комаров известно для щитней (Notostraca) (Tietze, Mulla, 1991) и некоторых десятиногих (Decapoda) (Collins, 1998), но они не встречаются в фитотельматах (Fiers et al., 2013).

Стрекозы (Odonata). Личинками комаров питаются личинки многих видов равнокрылых и разнокрылых стрекоз (Сайджафарова и др., 2006; Kumar et al., 2008; Shaalan, Canyon, 2009; Barry, Roberts, 2014; Jacob et al., 2017), но для обитателей фитотельмат этот аспект биологии изучен только у нескольких видов коромысел (Aeshnidae), настоящих стрекоз (Libellulidae) и представителей сем. Pseudostigmatidae (Corbet, 1996; Fincke et al., 1997). Длительное развитие делает личинок стрекоз перспективными агентами биоконтроля, но во временных водоемах виды должны быть устойчивы к пересыханию. Для относительно крупных искусственных резервуаров, таких как цистерны, разработаны методы биологического контроля комаров с участием стрекоз (Sebastian et al., 1990).

Клопы (Heteroptera). Многие водные и полуводные клопы, в первую очередь гладыши (Notonectidae), белостомовые (Belostomatidae) и гребляки (Corixidae), питаются личинками комаров (Nam et al., 2000; Shaalan, Canyon, 2009; Нурушев и др., 2015; Dalal et al., 2020). В фитотельматах отмечены хищные клопы трeх семейств: водомерки (Gerridae), велии (Veliidae) и палочковидные водомерки (Hydrometridae) (Kitching, 2000; Mogi, 2000). Для представителей всех трех семейств известна охота на кулицид (Mogi, 2007; Оганесян, 2012). В настоящее время клопов, типичных для микроводоeмов, практически не используют в качестве агентов биологического контроля комаров, в этом отношении они мало изучены. Однако некоторые авторы (Sivagnaname, 2009) предлагают использовать для контроля комаров в микроводоeмах клопов Diplonychus indicus Venkatesan et Rao, 1980 (Belostomatidae), способных выживать и эффективно поедать комаров из воды в выброшенных автомобильных шинах.

Жуки (Coleoptera). Хищные жуки, на стадии личинки и/или имаго нападающие на кулицид, встречаются среди плавунцов (Dytiscidae), водолюбов (Hydrophilidae) и некоторых других семейств (Mogi, 2007; Becker et al., 2010). Плавунцы и водолюбы описаны в фитотельматах (Greeney, 2001), но их пищевые предпочтения остаются неизученными. Насколько нам известно, на данный момент ни один вид жуков не используется на практике в качестве агента контроля опасных комаров в микроводоeмах, хотя экспериментальные работы в этом направлении ведутся (Aditya et al., 2006).

Двукрылые (Diptera). Личинки некоторых настоящих комаров являются облигатными или факультативными хищниками, нападающими на других кулицид (Mogi, 2007; Shaalan, Canyon, 2009), однако они мало изучены в качестве контроля опасных видов. Исключение – представители рода Toxorhynchites, им посвящен отдельный раздел (см. ниже). В отдельных работах изучают представителей рода Lutzia, которые обитают в фитотельматах и других микроводоeмах и также считаются перспективными агентами контроля кулицид (Singh et al., 2014; Moirangthem, Singh, 2018).

Среди других двукрылых важными потребителями настоящих комаров в микроводоемах могут быть личинки сем. Chaoboridae. Они, в отличие от более крупных хищников, поедают личинок кулицид всех возрастов, а не только последнего (Cuthbert et al., 2019a). Лабораторные и полевые исследования показывают, что хаобориды могут оказаться эффективными агентами биоконтроля (Borkent, 1980). В последнее время предлагается использовать личинок Chaoborus в комплексе с копеподами (Cuthbert et al., 2020), а также с тeмными красителями для воды. Показано, что окрашенная вода более привлекательна для самок комаров при откладке яиц, чем неокрашенная, при этом Chaoborus одинаково успешно ловит личинок в обоих случаях. Это означает, что небольшие искусственные водоeмы с тeмной водой, в которые внесены хаоборусы, можно использовать в качестве своеобразных “ловушек для яиц”: кулициды будут активно откладывать яйца в такие местообитания, где молодых личинок смогут поедать хищники (Cuthbert et al., 2019d).

Личинок коретреллы (Corethrellidae: Corethrella) также исследуют в качестве контроля комаров (McLaughlin, 1990; Alto et al., 2005). Известно, что они потребляют преимущественно младших личинок кулицид, а также способны к так называемым “компульсивным убийствам” (Lounibos et al., 2008). Это явление более подробно описано для Toxorhynchites и рассмотрено ниже в соответствующем разделе.

Хищники, поедающие кулицид в фитотельматах, встречаются и в других семействах двукрылых (Chironomidae, Ceratopogonidae, Tipulidae, Periscelididae, Syrphidae, Muscidae, Calliphoridae, Sarcophagidae) (Mogi, 2007), но их не изучали в качестве потенциальных агентов биологического контроля.

Рыбы (Pisces). Насекомоядных рыб считают одним из главных регуляторов численности комаров в крупных водоeмах и широко используют на практике (Walton, 2007). Однако рыбы, как правило, не встречаются в фитотельматах и других микроводоeмах (Kitching, 2000).

Земноводные (Amphibia). Личинки бесхвостых земноводных, в том числе обитающие в фитотельматах, могут включать в свой рацион личинок и яйца комаров (Bowatte et al., 2013; Salinas et al., 2018), однако чаще всего, по-видимому, головастики находятся с личинками кулицид в сложных конкурентных отношениях (Mokany, Shine, 2003a, 2003b). Показано также, что самки Ae. aegypti чаще откладывают яйца в емкости с головастиками, чем без них (Bowatte et al., 2013). В совокупности это делает личинок амфибий потенциально полезными агентами биологического контроля кулицид, и в последние годы ведется работа по разработке методов их разведения и выпуска в водоемы (Raghavendra et al., 2008; Sarwar, 2015).

Растения (Plantae). В лабораторных условиях показано, что пузырчатка крупнокорневая (Utricularia macrorhiza LeConte, Lentibulariaceae) и альдрованда пузырчатая (Aldrovanda vesiculosa L., Droseraceae) эффективно уничтожают личинок комаров в небольших контейнерах. Хотя эти растения нетипичны для микроводоeмов, потенциально они могут быть использованы в программах биологического контроля кулицид (Ogwal-Okeng et al., 2011; Couret et al., 2020).

Другие хищники. Питание личинками комаров отмечено также среди гидроидных (Hydrozoa), пиявок (Hirudinea), личинок ручейников (Trichoptera) (Mogi, 2007; Becker et al., 2010), однако эти организмы не встречаются или редки в фитотельматах (Kitching, 2000).

КОМАРЫ РОДА Toxorhynchites

Род Toxorhynchites Theobald, 1901 объединяет 88 видов необычных комаров, самых крупных представителей сем. Culicidae (длина взрослых достигает 13 мм) (Coetzee, 2017). Их имаго питаются на цветках или фруктах и не способны к кровососанию, а личинки (Приложение, рис. 2S ) хищничают, поедая других водных животных. Использовать комаров рода Toxorhynchites для контроля численности кровососущих комаров впервые предлагали ещe в начале XX в. (Colledge, 1911, цит. по: (Collins, Blackwell, 2000)), и с тех пор ведутся исследования в этом направлении.

Большая часть видов рода Toxorhynchites распространена в лесах экваториальных и тропических широт, хотя некоторые виды и подвиды (Toxorhynchites rutilus rutilus (Coquillett, 1896), Toxorhynchites rutilus septentrionalis (Dyar et Knab, 1906)) в Северном полушарии заходят в умеренную зону (Trimble, Smith, 1978). Так, северная граница распространения в Северной Америке проходит через оз. Эри, но в Евразии Toxorhynchites не отмечены севернее 25° с.ш., за исключением Корейского п-ва и о. Хонсю (GBIF, 2021). Личинки обитают почти во всех типах естественных микроводоeмов, среди которых фитотельматы, а также в искусственных водоeмах, таких как скопления воды в выброшенных консервных банках и автомобильных шинах (Coetzee, 2017).

Особенности биологии и экологии Toxorhynchites. Биология комаров рода Toxorhynchites подробно описана (Steffan, Evenhuis, 1981; Collins, Blackwell, 2000; Focks, 2007). Остановимся на тех аспектах, которые наиболее важны в качестве контроля популяций кровососущих комаров в микроводоeмах.

Личинки Toxorhynchites spp. – активные хищники, питаются личинками кровососущих комаров и другими водными животными: личинками прочих двукрылых, мелкими нимфами стрекоз, головастиками, ракообразными, малощетинковыми червями (Focks, 2007). Как минимум два вида, Toxorhynchites haemorrhoidalis (Fabricius, 1787) и T. rutilus, могут захватывать сухопутных насекомых, упавших в воду (Campos, Lounibos, 2000; Dézerald et al., 2015). Личинки Toxorhynchites spp. способны к каннибализму, особенно в условиях недостатка других жертв подходящего размера, что затрудняет их разведение (Coetzee, 2017; Schiller et al., 2019). Кроме того, в случае отсутствия животной пищи личинки могут переходить на питание детритом (Steffan, Evenhuis, 1981).

Считается, что личинки кулицид служат основной добычей Toxorhynchites spp. (Coetzee, 2017). Многие работы это подтверждают, но такая картина наблюдается не всегда. Например, анализ содержимого пищеварительного тракта личинок T. rutilus, обитающих в затопленных дуплах и шинах во Флориде, показал, что они предпочитают остракод и личинок хирономид, на личинок кулицид приходится лишь 5–6% жертв (Campos, Lounibos, 2000). Впрочем, причиной может быть и малое число особей кулицид в исследованных водоемах. Личинки T. haemorrhoidalis в фитотельматах бромелиевых растений чаще выбирают упавших в воду муравьев, чем личинок кулицид, несмотря на то, что питание комарами ускоряет развитие хищника (Dézerald et al., 2015). Напротив, Toxorhynchites splendens между личинками кулицид и хирономид чаще выбирает первых (Pramanik et al., 2017).

В лабораторных условиях показано, что личинки Toxorhynchites активно питаются многими видами комаров: Ae. aegypti, Ae. albopictus, Culex quinquefasciatus Say, 1823, Armigeres subalbatus (Coqullett, 1898), Anopheles stephensi Liston, 1901 (Pramanik, Raut, 2003; Aditya et al., 2006, 2007; Albeny et al., 2011; Millado, Sumalde, 2018; Digma et al., 2019). При высокой плотности жертв одна личинка Toxorhynchites старшего возраста за сутки убивает 20–50 старших личинок Aedes, хотя при меньшей плотности жертв этот показатель ожидаемо падает (Padgett, Focks, 1981; Arunkumar, Sangaran, 2013; Digma et al., 2019). Скорость потребления находится в прямой зависимости от плотности жертв и размера хищника и в обратной – от объема контейнера. Суммарное число жертв, потребляемых одной личинкой Toxorhynchites на четвертом возрасте, на который приходится наиболее активное питание, может достигать 200 взрослых или 4500 молодых личинок Ae. aegypti (Padgett, Focks, 1980). Личинки Toxorhynchites предпочитают добычу соответствующего размера: хищники первого возраста поедают недавно вылупившихся, последнего (четвeртого) – взрослых личинок и куколок (Lounibos, 1979; Padgett, Focks, 1981; Millado, Sumalde, 2018).

Обилие и доступность пищи сильно влияют на продолжительность личиночного развития, которая может варьировать в широких пределах. На неe также влияет температура. В некоторых случаях развитие может растягиваться до трeх месяцев, хотя чаще завершается за три–четыре недели (Trimble, Smith, 1978; Steffan, Evenhuis, 1981). Это значительно больше, чем продолжительность личиночной стадии большинства кулицид, которая может быть 7–10 сут (Coetzee, 2017). Кроме того, личинки, по крайней мере, одного вида умеренной зоны, T. rutilus, переживают зиму в состоянии диапаузы, что дополнительно удлиняет личиночное развитие (Lounibos et al., 1998).

Личинкам Toxorhynchites spp. свойственны так называемые компульсивные или избыточные убийства (англ. compulsive killing, surplus killing): они нередко убивают своих потенциальных жертв, но не поедают их (Russo, 1986). Это чаще случается перед окукливанием. Предполагается, что таким образом личинка защищает будущую беззащитную куколку от животных, которые потенциально могут ей навредить (Collins, Blackwell, 2000). Другие авторы отмечают, что подобное явление описано в лабораторных условиях и в случае искусственного внесения взрослых личинок в водоeмы, тогда как его существование в природе спорно (Focks, 2007). У T. rutilus rutilus отмечено похожее поведение старших личинок во время зимней диапаузы (Lounibos et al., 1998). Если компульсивные убийства происходят в естественной среде, это может повышать эффективность Toxorhynchites spp. как агентов контроля численности кровососущих комаров.

Хищники могут оказывать на своих потенциальных жертв и косвенное влияние, не убивая их. Этот аспект биологии Toxorhynchites изучен сравнительно слабо. В экспериментах с Culex mollis Dyar et Knab, 1906 показано, что у личинок, живущих вместе с личинками Toxorhynchites theobaldi, увеличивается время развития и общая смертность. Этот эффект наблюдается даже в том случае, когда хищник содержится в сетке и не может поедать подопытных личинок, но может выделять некие вещества, улавливаемые потенциальными жертвами (Andrade, 2015).

Известно, что потенциальные жертвы могут менять свое поведение, реагируя на некоторые химические сигналы, выделяемые хищником. Разные кулициды по-разному ведут себя в присутствии личинок Toxorhynchites. Так, личинки Aedes (Ochlerotatus) triseriatus (Say, 1823) под действием сигналов от хищника (Toxorhynchites rutilus) меньше двигаются и реже питаются, а поведение Aedes albopictus не отличается от нормального (Kesavaraju, Juliano, 2006). В другом исследовании показано, что Ae. albopictus и Anopheles sinensis Wiedemann, 1828 в присутствии Toxorhynchites splendens демонстрируют низкую активность, в отличие от личинок Aedes aegypti, которые продолжают питаться так же активно, как и без хищника. В результате Toxorhynchites splendens чаще поедает Aedes aegypti, чем представителей двух других видов. Видимо, это связано с тем, что личинки Toxorhynchites splendens предпочитают не плавать за жертвой и не ловить еe активно, а неподвижно ждать, пока она случайно им не встретится (Zuharah et al., 2015). Вопрос о влиянии хищников на поведение жертв требует дальнейшего изучения и может иметь большое значение при разработке методов биологического контроля популяций опасных видов.

Ещe один вариант влияния хищника на биологию жертвы – воздействие на выбор самкой водоeма при откладке яиц. Считается, что самки комаров решают, в какой водоeм откладывать яйца, исходя из доступности пищи для личинок и потенциальной опасности со стороны хищников (Albeny-Simões et al., 2014). Показано, что наличие насекомоядных рыб и даже изображений золотых рыбок (Carassius auratus (Linnaeus, 1758)) снижает привлекательность водоемов для самок кровососущих комаров, однако опыты с Toxorhynchites splendens не показали аналогичного результата (Dieng et al., 2017). Наоборот, имеются данные, согласно которым самки Aedes aegypti чаще откладывают яйца в те контейнеры, где живут личинки Toxorhynchites theobaldi, по сравнению с емкостями, где их нет. Видимо, это объясняется тем, что при питании хищников образуются гниющие отходы и увеличивается численность бактерий, которые и привлекают самок (Albeny-Simões et al., 2014).

Применение Toxorhynchites для контроля популяций кровососущих комаров. Опыт контроля численности кровососущих комаров с помощью Toxorhynchites подробно описан в обзорных статьях (Collins, Blackwell, 2000; Focks, 2007; Schreiber, 2007; Shaalan, Canyon, 2009). Остановимся подробнее на общих закономерностях и работах последних лет.

Многие черты биологии делают представителей рода Toxorhynchites многообещающими агентами контроля численности кровососущих комаров. Во-первых, личинки Toxorhynchites заселяют микроводоeмы, недоступные для многих других хищников, например для рыб. Во-вторых, самки комаров сами распространяют яйца по целевым водоeмам. В-третьих, Toxorhynchites чаще поедают личинок старших возрастов и куколок, что повышает эффективность контроля: эффект от уничтожения преимущественно молодых личинок может сглаживаться общей высокой смертностью на личиночной стадии, а вариант с поеданием старших личинок и куколок лишен этого недостатка. Наконец, имаго Toxorhynchites не опасны для людей и не переносят заболеваний.

Представители рода Toxorhynchites оказались эффективными агентами биологического контроля кровососущих комаров на островах Тихого океана и Карибского моря, в Африке, США, Австралии. Работы проводили в основном против переносчиков опасных заболеваний: Aedes aegypti, Ae. albopictus, Ae. polynesiensis Marks, 1951, Ae. africanus (Theobald, 1901), Ae. notoscriptus (Skuse, 1889), Culex quinquefasciatus, Aedes subalbatus (Brown, 1996; Collins, Blackwell, 2000; Shaalan, Canyon, 2009).

Несмотря на достигнутые успехи, имеется ряд особенностей Toxorhynchites, затрудняющих их использование для биологического контроля и требующих дополнительного изучения: температурное ограничение; долгое развитие хищника и различия в популяционной динамике хищника и жертвы; несовпадение предпочтений хищников и жертв в выборе водоeмов (Focks, 2007). Рассмотрим их подробнее.

Так, большинство видов Toxorhynchites, как отмечено выше, теплолюбивы, и их использование в умеренной зоне лимитировано низкой активностью с осени до весны. Даже северные виды и подвиды, например T. rutilus septentrionalis, переживают в малоактивном состоянии температуры, при которых развиваются личинки некоторых кровососущих комаров, такие как Aedes triseriatus. Развитие хищников растягивается, а суточное потребление жертв падает (Trimble, Smith, 1979). Предполагается, однако, что и в умеренном климате можно выпускать Toxorhynchites весной для подавления размножения целевых видов в летний период.

Кроме того, личинки Toxorhynchites развиваются, по крайней мере, в три раза дольше, чем их жертвы, поэтому при всплесках численности вторых первые оказываются неспособны быстро ответить повышением своей численности. Этот эффект не сказывается на долгосрочном контроле, а кратковременные всплески численности целевых видов можно подавить выпуском дополнительных партий хищников. Долгое развитие имеет и другие следствия. Так, личинки Toxorhynchites способны продолжительное время голодать в ожидании добычи. Каннибализм среди взрослых личинок не очень распространен, поэтому голодающие хищники могут скапливаться в контейнерах в относительно больших количествах (Focks et al., 1980).

Необходимо отметить, что самки рода Toxorhynchites, как и других родов кулицид, откладывают яйца в микроводоeмы, но в антропогенном ландшафте предпочтения хищников и жертв различаются. Toxorhynchites чаще заселяют затенeнные водоeмы, главным образом дупла или их искусственные аналоги, также находящиеся в тени и обычно связанные с растительностью. Целевые же кровососущие виды заселяют более широкий спектр местообитаний, включая незатенeнные и не связанные с деревьями, например скопления воды на открытых свалках. Именно несовпадение предпочтений в выборе водоемов считается главной причиной неудач в тех случаях, когда заселенные на новые территории особи Toxorhynchites spp. формируют устойчивые популяции, но оказываются неспособны эффективно контролировать целевые виды, например Ae. albopictus на Гавайях в 1950-х гг. (Nakagawa, 1963) и Ae. polynesiensis на островах Фиджи в 1930-х гг. (Toohey et al., 1985). Для решения этой проблемы предлагается вносить яйца хищника в нужные водоeмы вручную, причем это действие приходится повторять регулярно, но при таком подходе теряется ряд преимуществ перед другими методами борьбы и возрастает стоимость процедур. Так, тщательный выбор местообитаний для внесения яиц Toxorhynchites после первых неудачных опытов позволил добиться эффективного контроля Aedes polynesiensis в опытных локациях на островах Фиджи (Toohey et al., 1985). Впрочем, проблема несовпадения в выборе водоeмов стоит только в антропогенных ландшафтах, где имеется обилие незатененных водоемов, но не в лесах, где отсутствие этого недостатка не затрудняет использование Toxorhynchites.

Применение Toxorhynchites в составе комплексных методов контроля. Так как сами Toxorhynchites spp. являются кулицидами, на них негативно воздействуют многие методы борьбы с комарами. В частности, это относится ко многим традиционным инсектицидам и токсинам бактерий рода Bacillus. Это затрудняет использование Toxorhynchites spp. в составе комплексных методов контроля. Однако применение малотоксичных для Toxorhynchites spp. инсектицидов (малатион, темефос и дибром) приводит к положительным результатам (Collins, Blackwell, 2000). В Новом Орлеане комбинация T. amboinensis и малатиона привела к снижению плотности популяции Aedes aegypti на 96%, тогда как применение только малатиона – на 29% (Focks et al., 1986).

Ещe одно направление разработки комплексных мер, появившееся в последние годы, – использование хищных комаров в сочетании с энтомопатогенными грибами. Показано, что личинки Toxorhynchites brevipalpis устойчивы к сравнительно высоким концентрациям конидий и бластоспор гриба Metarhizium brunneum Petch (Ascomycota: Hypocreales). В лабораторных тестах одновременное использование Toxorhynchites brevipalpis и Metarhizium brunneum против Aedes aegypti показало положительный результат, хотя и менее сильный, чем аддитивный (Alkhaibari et al., 2018). В некоторых работах предлагается комбинировать Toxorhynchites с другими хищниками. Показано, что взрослые личинки Toxorhynchites speciosus (Skuse, 1889) и хищные копеподы Mesocyclops aspericornis (Daday, 1906) могут сосуществовать в микроводоемах и снижать численность личинок Aedes notoscriptus и Culex quinquefasciatus (Brown, 1996).

Искусственное разведение Toxorhynchites и практические замечания. Применение комаров рода Toxorhynchites как агентов биологического контроля требует их разведения в неволе, которое отличается некоторыми особенностями. Во-первых, выращивание хищных личинок связано с использованием живых кормов: другие варианты питания не могут обеспечить нормальное развитие, удлиняя его в несколько раз и уменьшая размеры взрослых комаров (Focks, 2007). Во-вторых, каннибализм личинок при совместном выращивании на ранних стадиях представляет собой серьeзную проблему. На него влияет обилие кормовых насекомых, их размер относительно хищников и разброс размеров самих личинок Toxorhynchites (Focks, 2007). Полностью избежать каннибализма помогает содержание личинок в контейнерах по одной.

Наиболее распространeнный метод разведения T. rutilus предложен в работе (Focks, Boston, 1979). Он подразумевает выращивание сотен личинок в больших контейнерах при обилии пищи в виде личинок Aedes aegypti соответствующего возраста. Кормовые личинки в свою очередь питаются порошком высушенной печени и дрожжами и разводятся в том же контейнере, в котором развиваются хищные личинки. Развитие Toxorhynchites rutilus при таких условиях занимает ~2 нед.

Новая методика предложена в работе Schiller et al. (2019). Авторы отмечают, что использование в качестве живого корма кулицид имеет ряд отрицательных сторон. Синхронизация жизненных циклов кормовых и хищных комаров вызывает сложности, а отдельные личинки Aedes aegypti, успевающие развиться в имаго, представляют опасность, поскольку способны переносить заболевания человека. В качестве альтернативы авторы предлагают использовать меньше кулицид и больше других живых кормов: нематод, кольчатых червей (Naididae), личинок звонцов (Chironomidae). Еще одно важное отличие состоит в том, что личинки T. rutilus содержатся одиночно в небольших контейнерах, это сводит на нет каннибализм и позволяет эффективно убирать несъеденный корм. Имаго содержатся массово в сетчатых садках. Такой метод выращивания T. rutilus оказывается эффективнее предыдущего.

Toxorhynchites spp., выращенные в лаборатории, могут быть выпущены на всех стадиях развития. Яйца, личинки и куколки требуют помещения в целевые водоeмы вручную. Это трудоeмкая работа, но такой подход позволяет гарантированно охватить те местообитания, в которых присутствие хищника необходимо. Выпуск имаго менее трудоeмок, но и у него есть свои недостатки. Во-первых, он должен проводиться в определeнное время суток (ранним утром или вечером). Во-вторых, как отмечено выше, самки могут откладывать яйца в нецелевые водоeмы. В-третьих, содержание имаго в лаборатории требует большого пространства и трудозатрат.

Конкретное решение об использовании той или иной стратегии должно приниматься в соответствии с условиями работы в каждом частном случае (Focks, 2007; Schiller et al., 2019).

ВЕСЛОНОГИЕ РАКООБРАЗНЫЕ (Copepoda)

Хищные копеподы (Copepoda) – массовые и широко распространенные в пресных водах ракообразные, считающиеся наиболее эффективными агентами контроля численности комаров среди беспозвоночных хищников, в том числе в микроводоемах (Marten, Reid, 2007).

Особенности биологии и экологии копепод. Биология пресноводных копепод подробно описана в работе (Thorp, Rogers, 2015). В контексте биологического контроля популяций комаров наиболее полно из копепод исследованы циклопы (Cyclopoida: Cyclopidae), которых в пресных водах насчитывается ~800 видов, многие из них – хищные (Marten, Reid, 2007; Thorp, Rogers, 2015). В последние годы обращают внимание и на хищных каляноид (Calanoida: Diaptomidae) (Cuthbert et al., 2018b).

Хищные копеподы заселяют как крупные постоянные и пересыхающие водоeмы, так и микроводоeмы, включая фитотельматы (Fiers et al., 2013; Schneider, 2013). Маленькие размеры и широкая пищевая специализация позволяют им достигать высокой численности в разнообразных миниатюрных местообитаниях, связанных с деятельностью человека (Schreiber et al., 1996; Kay et al., 2002). В одной шине с водой может жить до 500 особей Mesocyclops longisetus (Thiébaud, 1912) (Marten et al., 1994).

Разные виды веслоногих ракообразных по-разному переносят высыхание. Каляноидные копеподы образуют покоящиеся яйца, устойчивые к высыханию (Dambach, 2020). Многие циклопоидные копеподы могут впадать в диапаузу на стадиях последних копеподитов и взрослых (Thorp, Rogers, 2015). Acanthocyclops и Diacyclops в таком состоянии переживают даже полное пересыхание водоемов (Wyngaard et al., 1991). Некоторые виды Mesocyclops, эффективно поедающие комаров, способны выживать во влажном грунте без свободной воды, но не выдерживают пересыхания грунта ниже определeнного порога (Zhen et al., 1994). Эта особенность может затруднять применение копепод в качестве агентов биологического контроля в небольших периодически пересыхающих водоемах.

Веслоногие ракообразные – относительно мелкие животные. Питаться личинками комаров способны только крупные виды размерами >1 мм (Marten, Reid, 2007). Большинство из них охотится на личинок первого, реже второго возрастов, лишь отдельные виды (как Lovenula raynerae Suárez-Morales, Wasserman, et Dalu, 2015 (Diaptomidae)) нападают на крупных личинок (Cuthbert et al., 2018b). Копеподы не специализируются на охоте на комаров. Они питаются разнообразными водными организмами подходящего размера, в том числе ветвистоусыми ракообразными, личинками рыб, коловратками, инфузориями и другими простейшими и даже планктонными водорослями (Kumar, Rao, 2003; Frimpong, Lochmann, 2005; Thorp, Rogers, 2015; Cuthbert et al., 2019b). Наличие альтернативной жертвы может снижать эффективность поедания личинок комаров, что, например, показано в лабораторных экспериментах для двух видов Mesocyclops, выбирающих между кулицидами и кладоцерами, а также для Macrocyclops albidus (Jurine, 1820) и Megacyclops viridis (Jurine, 1820), поедавших личинок комаров и инфузорий (Kumar, Rao, 2003; Kumar et al., 2008; Cuthbert et al., 2019b). В то же время широкая пищевая специализация позволяет копеподам длительное время существовать в водоeмах, незаселенных комарами, а после появления личинок переходить на питание ими.

Даже молодые личинки комаров по размеру сопоставимы с копеподами или превосходят их, и ракообразные применяют специфические техники для поимки таких относительно крупных жертв. Копеподы, по крайней мере изученные виды, чаще всего атакуют личинок сбоку или сзади, повреждая брюшко или сифон (Schaper, Hernández-Chavarría, 2006). Показано, что травмы сифона наиболее опасны для Aеdes aegypti, видимо, из-за нарушения работы дыхательной системы (Awasthi et al., 2012). Копеподы обычно удерживают жертву, пока она не умрет, и затем поедают. Крупные рачки могут съедать молодых личинок Aedes почти целиком (Awasthi et al., 2012). Однако при избытке жертв копеподы атакуют их одну за другой, съедая только часть каждой личинки, и, соответственно, убивают больше комаров, чем могут съесть (Marten, Reid, 2007).

Наиболее эффективные циклопоидные копеподы (например, некоторые виды Mesocyclops) в небольших местообитаниях способны убить до 50 личинок Aedes за сутки (Marten et al., 1994), в то время как для личинок Anopheles и особенно Culex эти цифры оказываются ниже (Mittal et al., 1997; Kumar, Rao, 2003). В более крупных контейнерах рачки уничтожают комаров менее активно (Marten et al., 1994; Dieng et al., 2002). Каляноидные копеподы Lovenula уничтожают до пяти личинок Culex в час (Cuthbert et al., 2018b).

Веслоногие ракообразные оказывают и косвенное воздействие на жертв. В присутствии эпибентосных копепод Megacyclops formosanus (Harada, 1931) личинки Aedes aegypti тратят меньше времени на фильтрацию и собирание пищи, а также уходят из придонного слоя воды, в котором встречаются копеподы, ближе к поверхности (Awasthi et al., 2015). Также отмечено, что в присутствии рачков личинки начинают активнее двигаться и изгибаться, что может мешать хищникам их поймать (Awasthi et al., 2012). Воздействие на поведение жертв может влиять на эффективность биологического контроля, но этот вопрос в отношении копепод остаeтся малоизученным.

Применение копепод для контроля популяций кровососущих комаров. К моменту публикации информативного обзора Marten, Reid (2007) в качестве агентов биоконтроля протестированы 48 видов копепод из 15 родов, и работы по изучению новых видов продолжаются. В последние годы показана эффективность циклопид Mеgacyclops formosanus, Mеgacyclops gigas (Claus, 1857), Cyclops divergens (Lindberg, 1936), Cyclops heberti Einsle, 1996, Acanthocyclops einslei Mirabdullayev et Defaye, 2004 (Kalimuthu et al., 2014; Früh et al., 2019), а также калянид Lovenula raynerae Suárez-Morales, Wasserman, et Dalu, 2015 и Paradiaptomus lamellatus Sars, 1895 (Cuthbert et al., 2018b, 2019c; Balakrishnan et al., 2019). Многие перспективные виды пока остаются неизученными, в первую очередь это многочисленные представители хорошо зарекомендовавших себя родов Macrocyclops, Megacyclops и Mesocyclops.

Полевые эксперименты подтверждают эффективность копепод как агентов биоконтроля. В микроводоeмах объектом контроля чаще всего становятся представители рода Aedes, а в качестве экспериментальных водоeмов использовали колодцы, кувшины, цветочные вазы, цистерны, бочки, заполненные водой шины и другие “контейнерные местообитания”, а также дупла деревьев, норы сухопутных крабов. Некоторые виды рачков снижают численность личинок Aedes в экспериментальных водоeмах на 90–100% (Riviere et al., 1987; Marten, 1990; Kay et al., 2002; Rey et al., 2004). Сочетание нескольких видов копепод в одном водоеме может снижать эффективность потребления комаров, по-видимому, из-за того, что одни ракообразные начинают использовать в пищу других (Dieng et al., 2002).

В Южном Таунсвилле в Австралии представителей рода Mesocyclops применяли для снижения численности личинок комаров Ochlerotatus spp. и Aedes spp. в системе дождевой канализации. Оказалось, достаточно заселения лишь 50 особей рачков в один канализационный люк, чтобы за два дождливых года копеподы распространились по большей части канализационной системы города. В люках, заселенных хищниками, число личинок снижалось вплоть до полного исчезновения. Также показано, что копеподы Mesocyclops и Metacyclops способны переживать в канализации засушливые периоды (Kay et al., 2002).

В работах небольшого масштаба даже в случае успешного снижения числа личинок в экспериментальных водоeмах не удаeтся добиться заметного уменьшения численности взрослых особей. Для этого необходимы работы большего масштаба, способные повлиять на местную популяцию комаров. Такие исследования проводятся в некоторых регионах, но их эффективность часто ограничена организационными возможностями (Marten, Reid, 2007; Lazaro et al., 2015).

Во Вьетнаме проведена уникальная по своим масштабам работа по снижению численности Aedes aegypti. Главными методами борьбы стало заселение копепод рода Mesocyclops в природные и искусственные водоeмы, а также очистка окрестностей деревень от мусора, собирающего воду. В 1990-х годах проведeн пилотный проект в масштабах одной деревни (Nam et al., 1998), затем аналогичную схему реализовали в регионе с населением ~400 тыс. человек (Nam et al., 2000, 2005, 2012; Kay et al., 2002; Kay, Nam, 2005). Удалось добиться сильного снижения численности и даже полной элиминации не только личинок, но и взрослых Aedes aegypti. Это стало возможным благодаря широкому привлечению к работе местного населения, что позволило охватить широкий круг водоeмов и значительные территории. Насколько нам известно, на данный момент это пример наиболее масштабного применения копепод в качестве агентов биологического контроля.

Для эффективного биоконтроля не обязательно добиваться заселения всех водоeмов копеподами. Водоeмы с хищниками превращаются в “ловушки для яиц” комаров, которые напрасно тратят энергию на размножение. Показано, что самки комаров не только не избегают откладывать яйца в водоемы, заселенные копеподами, но и выбирают их чаще незаселeнных (Vonesh, Blaustein, 2010), хотя этот вопрос требует дальнейшего изучения. Почти полного уничтожения локальной популяции комаров можно достигнуть при заселении копеподами 90% мест выплода (Nam et al., 1998).

В отдельных случаях копеподы, хорошо зарекомендовавшие себя в лаборатории, оказывались неспособны значимо повлиять на численность комаров в полевых условиях. Считается, что эффективность контроля зависит в первую очередь от длительности нахождения популяция рачков в водоeме и от еe плотности. Снижать эти показатели, а вместе с ними и эффективность контроля может пересыхание водоема, измельчание особей, регулярное изъятие воды из резервуара, голод, неприспособленность к локальным климатическим условиям и накопление в воде токсинов (Marten et al., 1994; Marten, Reid, 2007). Рассмотрим перечисленные факторы подробнее.

Многие копеподы, как отмечено выше, не переносят полного высыхания, поэтому при их заселении в пересыхающие водоeмы необходима повторная интродукция после очередного заполнения водой. Эту проблему можно решить тщательным выбором водоeма и вида ракообразных, а также искусственным поддержанием влажности водоeмов в течение сухого сезона. Иногда выпущенные исследователями веслоногие способны расселяться по новым местообитаниям и заново заселять дупла, ранее высохшие, а позже вновь наполненные водой (Riviere et al., 1987).

Некоторые виды копепод, попав в новое местообитание, быстро размножаются, истощают пищевые ресурсы и, как следствие, мельчают. Когда в водоeм попадают личинки комаров, копеподы оказываются слишком мелкими, чтобы нападать на личинок. Наиболее эффективные виды рачков, по-видимому, лишены этого недостатка благодаря склонности к каннибализму (Marten, 1990).

Копеподы могут исчезать из хозяйственных eмкостей даже без их полного осушения, если скорость воспроизведения рачков недостаточна для компенсации их потерь из-за регулярного изъятия воды. В таких условиях оказываются эффективны виды, предпочитающие плавать около дна и стенок емкостей, откуда реже берут воду, чем из центральной части сосудов (Marten, Reid, 2007).

Показано, что в некоторых типах водоемов с чистой водой копеподы погибают из-за отсутствия пищи, чаще эта проблема наблюдается не в микроводоeмах, а в более крупных водосборных цистернах (Jennings et al., 1994).

На выживание копепод оказывает негативное влияние неблагоприятные температурные условия (Marten et al., 1994; Brown, 1996), низкое содержания кислорода и накопление в воде токсинов (Rey et al., 2004; Veronesi et al., 2015).

Применение копепод в составе комплексных методов контроля. Некоторые работы показывают высокую эффективность применения копепод вместе с другими хищниками: личинками комаров Chaoborus flavicans (Meigen, 1830) и Toxorhynchites speciosus, клопами Anisops sardea Herrich-Schaeffer, 1849 (Notonectidae) (Brown, 1996; Buxton et al., 2020; Cuthbert et al., 2020). Сочетание копепод с Toxorhynchites представляется перспективным. С одной стороны, хищные комары не влияют негативно на численность веслоногих (хотя в лабораторных тестах показано, что в отсутствие более крупных жертв Toxorhynchites способны нападать на копепод). С другой стороны, личинки Toxorhynchites могут поедать личинок Culex и Anopheles, которых копеподы уничтожают хуже. Тем не менее этот вопрос, насколько нам известно, мало разработан (Marten, 1990; Brown, 1996). Активно изучается взаимодействие веслоногих ракообразных с рыбами, однако рыбы не способы заселять микроводоемы.

Веслоногие ракообразные устойчивы к некоторым инсектицидам, например к токсину бактерии Bacillus thuringiensis israelensis Barjac, 1978 (Bti), перметрину и пирипроксифену, поэтому эти вещества могут быть использованы для контроля комаров совместно с копеподами (Riviere et al., 1987; Marten et al., 1993; Wang et al., 2005). Пиперин и эвгенол негативно воздействуют на веслоногих, но летальные для них дозы выше, чем для личинок комаров, поэтому эти два вещества также можно применять совместно с ракообразными (Dhanker et al., 2013). Немногочисленные имеющиеся данные о воздействии инсектицидов на пресноводных хищных копепод даны в обзорной работе (Lorenzo et al., 2014).

Хорошие результаты даeт использование веслоногих вместе с экстрактами различных растений (Murugan et al., 2011; Kalimuthu et al., 2013, 2014) и даже металлическими наночастицами, которые токсичны для личинок комаров, но менее токсичны для веслоногих (Naresh Kumar et al., 2013; Murugan et al., 2015). Ещe одно развивающееся направление – сочетание использования хищников, в том числе копепод, с красителями для воды (принцип работы этого метода описан выше) (Cuthbert et al., 2018a). Все эти работы проведены в лабораторных условиях, предложенные комплексные методы борьбы с опасными комарами еще не проверялись в масштабных полевых экспериментах.

Искусственное разведение копепод и практические замечания. Методика разведения и интродукции веслоногих ракообразных хорошо разработана и описана (Nam et al., 2000; Balakrishnan et al., 2019). Основная идея состоит в том, что местные виды копепод, типичные для той области, в которой планируются мероприятия по борьбе с комарами, размножают в лабораторных условиях и выпускают в новые, не занятые ими местообитания. Для разведения веслоногих используют контейнеры объeмом от 3–5 до 150 л. Первых ракообразных для создания культуры ловят в природных водоeмах планктонными сетями. В качестве корма используют микроводоросли или инфузорий, культивируемых в тех же сосудах, где живут копеподы. В одном 150-литровом контейнере, заселeнном 50 рачками Mesocyclops, за 21 сут развивается 4500 особей (Nam et al., 2000). Во Вьетнаме для удобной транспортировки и хранения копепод Nam et al. (2000) использовали небольшие фрагменты пенополистирола, впитывающего воду, но поддерживающего достаточную для выживания ракообразных влажность.

При разработке практических методов контроля необходимо учитывать, что некоторые копеподы служат промежуточными хозяевами опасного паразита ришты (Dracunculus medinensis (Linnaeus, 1758)). В районах, где распространeн дракункулeз, необходимо выбирать виды копепод, не переносящих ришту. Имеются данные, что копеподы могут участвовать и в передаче возбудителя холеры (Marten, Reid, 2007). В любом случае обе эти проблемы могут быть решены фильтрацией пищевой воды от рачков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Возможные направления будущих исследований. Важным направлением работы представляется расширение знаний о биологии потенциальных хищников. Так, остаются неизученными многие виды хищных копепод, включая представителей многообещающих родов Macrocyclops, Megacyclops и Mesocyclops по всему миру, а также десятки видов хищных кулицид тропического рода Toxorhynchites. Мало известно об особенностях непрямого воздействия хищников на жизнедеятельность комаров: на их поведение, пищевые предпочтения, выбор самками водоема для откладки яиц. Интегрированные методы контроля с участием хищников, даже хорошо изученных, только начинают разрабатываться.

Отдельного рассмотрения заслуживает вопрос о взаимодействии хищников разных видов и групп в микроводоемах. Опыт некоторых работ показывает потенциальную эффективность совместного использования Toxorhynchites и копепод (Marten, 1990; Brown, 1996). С другой стороны, три разных вида веслоногих в одном микроводоeме оказались гораздо менее эффективными агентами контроля, чем те же ракообразные по отдельности (Dieng et al., 2002). Разработана теоретическая база для описания системы взаимодействия нескольких хищников (Sih et al., 1998), но она редко применятся к сообществам микроводоeмов.

Использование хищников против комаров в России и сопредельных странах. В настоящее время в России и других странах СНГ методы контроля численности комаров с помощью хищников почти не разработаны, однако в перспективе могут оказаться полезными. Так, в Туркменистане в дуплах развиваются некоторые опасные виды кулицид, например Aedes caspius (Pallas, 1771) – переносчик туляремии, филяриозов и некоторых арбовирусов (Мамедниязов, 1995). Можно предположить, что против этого и других опасных фитотельматных видов было бы эффективно использовать хищников. Для большинства видов кулицид умеренных широт дупла и аналогичные им микроводоeмы считаются не основным и мало значимым местом выплода, в отличие от более крупных водоeмов, временных и постоянных (Малькова и др., 2013). Методы борьбы с комарами в озерах и болотах разработаны достаточно хорошо, однако не учитывают возможность использования хищных беспозвоночных, хотя такие хищники, эффективно поедающие кулицид, описаны во многих регионах (Дубицкий, 1970; Кухарчук, 1981; Ахметбекова и др., 1982; Назарова и др., 2019).

В последние годы в южных регионах России (в Краснодарском крае и Крыму) было замечено появление опасных Ae. aegypti и Ae. albopictus (Рябова и др., 2005; Ганушкина и др., 2012; Федорова и др., 2018; Коваленко и др., 2020). Их распространение ограничено изотермами января 0°С для первого и –1…–3°С для второго вида, поэтому на данный момент считается, что оба вида могут укорениться на Черноморском побережье, но не севернее. Ожидается, что с потеплением климата ареал комаров будет расширяться, хотя вероятность возникновения эпидемических вспышек лихорадок, связанных с Aedes, пока оценивается как низкая (Akiner et al., 2016; Ясюкевич и др., 2017). Учитывая приуроченность этих комаров к искусственным микроводоeмам, можно предположить, что при возникновении необходимости контроля численности Ae. aegypti и Ae. albopictus для этой цели удастся применить хищников. Перспективно выглядит использование копепод, которые хорошо зарекомендовали себя в разных частях света как агенты биологического контроля численности Ae. aegypti и Ae. albopictus. Важно отметить, что в России встречаются крупные хищные веслоногие, например родов Cyclops и Mesocyclops, приспособленные к локальным климатическим условиям (Алексеев, Барабанщиков, 2006; Лазарева, Жданова, 2020).