Хаотичные циклы в мире насекомых мешают экологичному земледелию

Для сокращения или полного отказа от пестицидов в сельском хозяйстве необходимо глубоко понимать, как функционируют экологические системы на обрабатываемых землях. Исследование ученых из Мичиганского университета, проведенное на кофейной ферме в Пуэрто-Рико, проливает свет на сложность этих процессов. Оно показало, что запутанные взаимоотношения между тремя видами муравьев и хищной мухой создают хаотичные циклы, затрудняя прогнозирование и управление.

Джон Вандермеер и Иветте Перфекто десятилетиями изучают жизнь насекомых на кофейных плантациях. Их работа, поддержанная Национальным научным фондом США, демонстрирует, что природные популяции подвержены непредсказуемым колебаниям. Эти хаотичные паттерны означают, что любой из четырех видов насекомых может доминировать в экосистеме в определенный момент времени, что усложняет использование муравьев для биологической борьбы с вредителями.

«Два из трех изученных нами видов муравьев являются действительно важными агентами биологического контроля двух серьезных вредителей кофе», – объясняет Вандермеер. – «Фермер хотел бы иметь возможность предсказать, когда муравьи будут на месте, а когда их не будет. И оказывается, что такой прогноз сделать довольно сложно».

Исследователи стремятся изменить подходы к ведению сельского хозяйства, сделав их более устойчивыми. «Мы считаем, что нынешняя международная сельскохозяйственная система с ее использованием пестицидов и химикатов не способствует благополучию фермеров и вносит значительный вклад в глобальное изменение климата», – говорит Вандермеер. По его словам, чтобы внедрить законы экологии в новые формы агрокультуры, нужно сначала понять, как эти законы работают.

Система, которую изучали ученые, представляет собой сложную динамику. Во-первых, между видами муравьев наблюдается так называемое нетранзитивное циклическое поведение: вид А может доминировать над видом Б, вид Б – над видом В, но при этом вид В одерживает верх над видом А. Это похоже на игру «камень-ножницы-бумага», где нет абсолютного победителя.

Ситуация усложняется появлением хищника – недавно появившейся мухи, которая охотится на доминирующий вид муравьев. Это не только ослабляет самого сильного игрока, но и дает шанс двум другим видам муравьев вырваться вперед. Такое явление называется хищником-опосредованным сосуществованием. Сочетание этих двух типов взаимодействий и порождает хаос в системе, делая колебания численности видов непредсказуемыми.

Анализ показал, что временами вся система ведет себя как классический цикл «хищник–жертва», а в другие моменты напоминает петлю конкурентной борьбы между муравьями. Теоретически это может дать ключ к пониманию, какой вид будет доминировать в определенное время, но на практике это чрезвычайно сложно.

«Плохая новость в том, что основывать сельскохозяйственную практику на экологических принципах не так просто, как может показаться, потому что сами эти принципы намного сложнее, чем просто найти яд, убивающий вредителей», – заключает Вандермеер. – «Мы раскрываем те осложнения, которые возникают, если серьезно относиться к внедрению экологии в фундаментальные основы сельскохозяйственной системы».