青蛙可快速进化出农药抗性,昆虫的生物钟可用

核心提示:美国俄勒冈州立大学的研究小组发现,昆虫的生物钟可以用来使他们在一天的特定时间对农药更具易感性。Louisa Hooven及其同事,在

《中国科学报》 (2015-08-20 第2版 国际)

“我们的研究表明,用药时间应包括在昆虫控制战略和化学品接触的人体风险评估中,”研究人员在文章中写道。这一发现在综合虫害管理防治中可能被证明是有效的,其目的是尽量减少农药使用,防止抗药性的发展,并加强昆虫控制措施的有效性。

该团队最新发表的一些成果表明,生活在被污染农田附近的树蛙个体发生进化,能在自然选择通过一个被称为遗传同化的过程偏好“已开启”的表型后,持续表达这种抗性。相反,生活在无杀虫剂田地中的种群只有在暴露于低浓度的化学物质后才表现出其抗药性。

研究人员发现昆虫对两种常用的农药-残杀和锐劲特有抗性,最强抗性是在一天的中午,最弱抗性大约在黎明、黄昏或半夜。“我们发现,抗性最强的时间相对于抗性最弱的时间,需要多花三倍剂量的农药才能产生相同杀虫效果。” Hooven解释道, “另一种农药,需要两倍剂量。这清楚地表明,一天中接触农药的时间在其效果上有巨大的不同。”

灰树蛙能发展出对甲萘威杀虫剂的抗性。图片来源:Royce DeGrie/Getty Images

美国俄勒冈州立大学的研究小组发现,昆虫的生物钟可以用来使他们在一天的特定时间对农药更具易感性。Louisa Hooven及其同事,在发表于PLoS ONE的一篇论文中,详细说明了生理节奏如何协调异代谢的基因,或者负责分解诸如杀虫剂等有毒物质的基因。在模式生物果蝇中,研究人员跟踪了每天的酶活性(谷胱甘肽-S-转移酶和尿苷5'- 脱磷酸葡糖转移酶)和对杀虫剂残杀威、溴氰菊酯、锐劲特和马拉硫磷的剂量反应。

青蛙可快速进化出农药抗性

上述研究团队的领导者、纽约特洛伊伦塞勒复合技术研究所生态学家Rick Relyea表示,青蛙的这种快速响应为三分之一面临威胁或灭绝的两栖类物种带来了希望。

此前,科学家仅观察到极少数因表型可塑性而发生进化的其他物种,比如植物向高海拔地区转移,以适应气候变化。

一些种类的青蛙能快速开启对一组常用杀虫剂的遗传抗性。近日,科学家在于马里兰州巴尔的摩市举行的美国生态学学会的一次会议上报告称,在一种情况下,树蛙能在暴露于污染环境后仅仅一代的时间里部署出此类防线。

这是首个已知的脊椎动物种群通过被称为表型可塑性的过程发展出杀虫剂抗性的例子。在这一过程中,某些基因的表达发生变化,以应对环境压力。它并不涉及通常需要很多代才能发生进化的基因本身的改变。

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“青蛙能以比我们此前认为的更快速度发生进化。”俄勒冈州立大学两栖动物生态学家Andrew Blaustein认为,“很可能这些惊人的发现对于物种保护具有一些实用价值,但形势是复杂多变的。就像一杯鸡尾酒,很多问题会混在一起。”

Relyea表示,诸如螨虫和甲虫等农业害虫——杀虫剂的既定目标——也能以同样的方式发展出抗性。理解这种抗药性如何进化出来,能帮助农民阻止害虫发展出抗性。

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