Хаотичные войны муравьёв с хищной мухой могут спасти кофейные плантации

Учёные обнаружили, что муравьи и хищная муха на кофейной ферме участвуют в циклах смены доминирования, создавая хаотичные паттерны, которые усложняют экологически чистые стратегии борьбы с вредителями. Фото: Shutterstock

Чтобы помочь сельскому хозяйству обходиться без пестицидов, исследователи из Мичиганского университета изучают, как экологические системы функционируют на сельскохозяйственных землях.

Профессора Джон Вандермеер и Иветт Перфекто использовали две экологические теории для описания сложных взаимодействий между тремя видами муравьёв и недавно появившейся мухой-хищником, которая охотится на один из видов муравьёв. Их работа на кофейной ферме в Пуэрто-Рико показала, что взаимодействие между муравьями и хищной мухой создаёт хаотичные паттерны — в классическом понимании хаоса, где природные популяции подвержены колебаниям в зависимости от взаимодействий организмов внутри системы.

«Два из трёх изученных видов муравьёв являются важными агентами биологического контроля над двумя основными вредителями кофе», — пояснил Вандермеер, профессор экологии и эволюционной биологии. «Фермеры хотели бы предсказывать, когда муравьи будут активны, а когда нет. Но оказывается, такие прогнозы сделать крайне сложно».

В течение 30 лет Вандермеер и Перфекто изучали взаимодействия муравьёв в условиях сельского хозяйства. Их цель — помочь изменить подход к ведению сельского хозяйства, но для этого сначала нужно понять экологию агросистем.

«Мы считаем, что нынешняя международная сельскохозяйственная система с её пестицидами и химикатами не приносит пользы никому, особенно фермерам, и значительно способствует изменению климата», — заявил Вандермеер. «Наша позиция такова: чтобы включить законы экологии в развитие новых форм сельского хозяйства, нужно сначала понять эти законы».

В тропиках муравьи играют ключевую роль в контроле вредителей, но их использование осложняется тем, что доминирование определённого вида муравьёв зависит от присутствия других видов насекомых в системе.

Исследователи изучили два типа экологического поведения: циклическое поведение с интранзитивными петлями и сосуществование, опосредованное хищником. В первом случае, если есть три вида муравьёв, Муравей А может доминировать над Муравьём Б, Муравей Б — над Муравьём В, но Муравей В может доминировать над Муравьём А.

Когда в систему добавляется хищник (муха), динамика становится ещё сложнее. Муха охотится на доминирующий вид муравьёв, что влияет не только на него, но и на другие виды, позволяя любому из четырёх видов становиться доминирующим в разные моменты времени. Это пример сосуществования, опосредованного хищником.

Колебания численности мухи и её жертвы, а также смена доминирования среди муравьёв создают хаотичную систему. Моделируя эти процессы, учёные смогли увидеть, как экологические принципы порождают хаос.

«Хорошая новость: хаотичные паттерны насекомых очень интересны с научной точки зрения. Плохая новость: внедрение экологических принципов в сельское хозяйство не так просто, как кажется, потому что сами эти принципы гораздо сложнее, чем просто найти яд, убивающий вредителей», — заключил Вандермеер.

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences при поддержке Национального научного фонда США.