Разгадка хаоса для защиты кофе: исследование распутывает экологическую динамику муравьёв на Пуэрто-Рико

от

Чтобы помочь в ведении сельского хозяйства с минимальным использованием пестицидов или без них, исследователи Мичиганского университета утверждают, что необходимо понять, как работают экологические системы на сельскохозяйственных землях.

Исследователи Мичиганского университета Джон Вандермеер и Иветт Перфекто использовали две экологические теории, чтобы описать запутанный клубок взаимодействий между тремя видами муравьёв и недавно появившейся мухой, которая охотится на один из видов муравьёв.

Их работа на кофейной ферме в Пуэрто-Рико показала, что взаимодействие между муравьями и мухой-хищником создаёт хаотические паттерны — хаос в классическом понимании, когда естественные популяции подвержены колебаниям в зависимости от взаимодействий организмов внутри системы.

Эти хаотические паттерны означают, что любой из четырёх видов насекомых может быть доминирующим в любой момент времени.

Понимание того, какие муравьи могут быть доминирующими с течением времени, может помочь фермерам использовать муравьёв для борьбы с вредителями на своих фермах. Их исследование [опубликовано](https://doi.org/10.1073/pnas.2421005122) в Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Два из трёх изученных нами видов муравьёв действительно являются важными агентами биологического контроля двух важных вредителей кофе», — сказал Вандермеер, профессор Мичиганского университета в области экологии и эволюционной биологии.

«Мы хотели бы, или фермер хотел бы, иметь возможность предсказывать, когда муравьи будут присутствовать, а когда — нет. И оказывается, что такого рода предсказания будут довольно сложными».

В течение трёх десятилетий Вандермеер и Перфекто, профессор Школы окружающей среды и устойчивого развития Мичиганского университета, изучали взаимодействие муравьёв на кофейной ферме.

Их цель — помочь преобразовать методы ведения сельского хозяйства. Но для этого, по их словам, сначала необходимо понять экологию сельскохозяйственных систем.

«Мы считаем, что нынешняя международная сельскохозяйственная система с её использованием пестицидов и химикатов не способствует благополучию никого, особенно фермеров, и вносит значительный вклад в глобальное изменение климата», — сказал Вандермеер.

«Мы считаем, что для включения правил экологии в развитие новых форм сельского хозяйства необходимо понять, что это за правила и как они работают».

В тропиках муравьи доминируют, говорит Вандермеер, и часто участвуют в сельском хозяйстве как агенты борьбы с вредителями. Но использование вида муравьёв для борьбы с вредителями может быть сложным: доминирование вида муравьёв, используемого в качестве биологического контроля, зависит от того, какие другие виды муравьёв, а также другие виды насекомых, присутствуют в системе.

В этой системе Вандермеер и Перфекто изучили два типа экологического поведения: интранзитивное циклическое поведение и сосуществование, опосредованное хищником.

Интранзитивное циклическое поведение означает, что если есть группа из трёх видов муравьёв, муравей A может доминировать над муравьём B, муравей B может доминировать над муравьём C, но муравей C может доминировать над муравьём A.

Когда в систему добавляется хищник, динамика становится ещё более сложной. Среди трёх видов муравьёв, которых изучают Вандермеер и Перфекто, один вид является доминирующим. Но недавно появившаяся муха охотится на доминирующего муравья.

Отношения хищник-жертва не только влияют на доминирующего муравья, но и оказывают воздействие на два других вида муравьёв, позволяя любому из четырёх видов стать доминирующим в разное время. Это пример сосуществования, опосредованного хищником.

Колебания численности мухи-хищника и её муравьиной жертвы, а также изменение доминирования среди видов муравьёв называются осцилляциями. Перекрывая и моделируя эти два осциллирующих экологических принципа, исследователи смогли изучить, как эти принципы вносят хаос в систему.

Результаты… хаотичны. Но, построив графики обоих этих осциллирующих поведений, исследователи смогли увидеть, что в определённые моменты вся система выглядела как цикл хищник-жертва, а в другие моменты — как интранзитивная петля колебаний.

Это могло бы означать — теоретически — что исследователи могли бы получить представление о том, когда каждый вид насекомых будет доминирующим.

«Хорошая новость заключается в том, что хаотические паттерны насекомых действительно очень интересны с точки зрения интеллектуального восприятия. Плохая новость заключается в том, что не так просто основывать сельскохозяйственную практику на экологических принципах, потому что сами экологические принципы гораздо сложнее, чем просто найти яд, убивающий вредителей», — сказал Вандермеер.

«То, что мы раскрываем, мы думаем, за последние 30 лет или около того, — это некоторые из тех сложностей, которые возникают, если вы серьёзно относитесь к тому, чтобы включить экологию в фундаментальные операции сельскохозяйственной системы».

Предоставлено: [University of Michigan](https://phys.org/partners/university-of-michigan/)

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте