Megaszkodniki z Brazylii. Nowe hybrydy zagrażają całemu światu

Chodzi o dwie ćmy z rodzaju Helicoverpa: słonecznicę amerykańską (Helicoverpa zea) oraz słonecznicę orężówkę (Helicoverpa armigera). Oba gatunki od lat należą do najpoważniejszych szkodników rolnych na świecie. Atakują wiele roślin uprawnych i potrafią szybko uodparniać się na stosowane metody zwalczania.

"To zjawisko ma potencjał, by stać się ogromnym problemem" - przyznaje Chris Jiggins z University of Cambridge.

Słonecznica amerykańska jest gatunkiem rodzimym dla obu Ameryk. Jej gąsienice żerują na wielu roślinach, w tym na kukurydzy, pomidorach, ziemniakach, ogórkach i bakłażanach. Od dekad powoduje poważne straty w rolnictwie, szczególnie w uprawach kukurydzy.

Słonecznica orężówka występuje natomiast naturalnie w Europie, Azji i Afryce. Ma wyjątkowo szerokie spektrum roślin żywicielskich i jest znana z dużej zdolności do rozwijania odporności na insektycydy. Z tego powodu oba gatunki bywają określane w literaturze jako "megaszkodniki", czyli szkodniki o globalnym znaczeniu gospodarczym, trudne do kontrolowania i powodujące ogromne straty.

Przez długi czas uważano, że oba gatunki nie krzyżują się ze sobą w warunkach naturalnych. Sytuacja zmieniła się po 2013 r., gdy słonecznica orężówka została po raz pierwszy wykryta w Brazylii.

Pojawienie się słonecznicy orężówki w Brazylii miało natychmiastowe konsekwencje. W przeciwieństwie do słonecznicy amerykańskiej gatunek ten bardzo dobrze radzi sobie na uprawach soi. "To były straty liczone w miliardach dolarów dla brazylijskiego rolnictwa" - zauważa Jiggins.

Odpowiedzią było szybkie upowszechnienie soi Bt, czyli odmian genetycznie zmodyfikowanych tak, aby wytwarzały białko toksyczne dla owadów. Substancja ta pochodzi z bakterii Bacillus thuringiensis i od lat jest wykorzystywana jako biologiczny środek ochrony roślin.

Dziś ponad 90 proc. soi uprawianej w Brazylii to soja Bt. Przez pewien czas rozwiązanie to skutecznie ograniczało straty, jednak nowe dane wskazują, że jego trwałość może być zagrożona.

Dodatkowym czynnikiem sprzyjającym krzyżowaniu się obu gatunków jest sposób prowadzenia upraw w Brazylii. Na ogromnych obszarach kraju soja, kukurydza i bawełna są uprawiane w bliskim sąsiedztwie lub w systemie kilku zbiorów rocznie. Taki krajobraz rolniczy zapewnia gąsienicom Helicoverpa stały dostęp do roślin żywicielskich przez większą część roku, co zwiększa liczebność populacji i częstotliwość kontaktów między gatunkami. Zdaniem badaczy właśnie te warunki mogły ułatwić zarówno hybrydyzację, jak i szybkie rozprzestrzenianie się genów odporności.

Znaczenie ma również wysoka mobilność dorosłych osobników. Obie słonecznice potrafią przemieszczać się na duże odległości, korzystając z prądów powietrznych. Oznacza to, że geny odporności mogą rozprzestrzeniać się nie tylko lokalnie, lecz także między regionami upraw, a potencjalnie także między krajami. Naukowcy zwracają uwagę, że podobne procesy obserwowano wcześniej w innych częściach świata, jednak rzadko miały one tak wyraźny charakter międzygatunkowej wymiany genów o bezpośrednim znaczeniu gospodarczym.

Zespół badaczy przeanalizował genomy niemal tysiąca osobników słonecznicy amerykańskiej i słonecznicy orężówki zebranych w Brazylii w ciągu ostatnich dziesięciu lat. Wyniki pokazały, że doszło do intensywnej wymiany genów między gatunkami.

Ok. jedna trzecia populacji słonecznicy orężówki nosi obecnie geny odporności na toksyny Bt. Co istotne, geny te pochodzą od słonecznicy amerykańskiej, u której odporność zaczęła się rozwijać wcześniej, m.in. w Ameryce Północnej, gdzie kukurydza Bt jest uprawiana od lat 90.

Proces działa również w drugą stronę. Niemal wszystkie badane populacje słonecznicy amerykańskiej w Brazylii przejęły od słonecznicy orężówki gen zapewniający odporność na pyretroidy, czyli jedną z najczęściej stosowanych grup chemicznych insektycydów. "Tempo, w jakim to się wydarzyło, jest zaskakujące" - przyznaje Jiggins.

W praktyce oznacza to, że hybrydowe populacje mogą łączyć odporność na różne klasy środków ochrony roślin. Takie połączenie znacząco utrudnia zwalczanie szkodników i zwiększa ryzyko gwałtownych strat plonów.

Brazylia jest jednym z największych producentów i eksporterów soi na świecie. Surowiec ten trafia nie tylko do przemysłu spożywczego, ale przede wszystkim do produkcji pasz dla zwierząt. Spadek plonów mógłby więc przełożyć się na wzrost cen żywności w wielu krajach.

Istnieje też ryzyko pośrednich skutków środowiskowych. Jeśli rolnicy będą próbowali rekompensować straty poprzez zwiększanie areału upraw, może to prowadzić do dalszego wylesiania i wzrostu emisji gazów cieplarnianych.

Jednym z kluczowych elementów spowalniających rozwój odporności jest tzw. strategia refugiów. Polega ona na pozostawianiu części upraw bez cech Bt, aby w populacji szkodników utrzymywały się osobniki wrażliwe, które rozcieńczają pulę genów odporności.

W praktyce jednak zalecenia te nie zawsze są przestrzegane. Firmy hodowlane reagują, wprowadzając rośliny produkujące jednocześnie kilka różnych białek Bt, ale - jak podkreśla Bruce Tabashnik z University of Arizona - jest to rozwiązanie kosztowne i czasochłonne. "Najlepiej byłoby jak najdłużej utrzymać skuteczność istniejących technologii dzięki odpowiedniemu zarządzaniu odpornością" - zaznacza.

Część badaczy zwraca uwagę, że hybrydyzacja nie jest jedynym źródłem problemu. W Chinach słonecznica orężówka niezależnie wykształciła odporność na pierwsze generacje toksyn Bt.

"Globalny handel i zmiana klimatu obniżają bariery rozprzestrzeniania się gatunków" - mówi Angela McGaughran z University of Waikato. Jej zdaniem podobne przypadki będą pojawiać się coraz częściej, także poza Ameryką Południową.

Badanie pokazuje, że ochrona upraw nie jest już wyłącznie sprawą lokalnych decyzji rolniczych. W świecie powiązanych rynków i przyspieszonych procesów ewolucyjnych nawet regionalne zjawiska mogą mieć globalne konsekwencje.