Как в сцене из фильма «Чужой», насекомые-паразитоиды вводят свои яйца в ничего не подозревающих хозяев, их потомство растет и питается изнутри, в конечном итоге вырываясь наружу, оставляя мертвые, пустые сосуды-хозяева. Эти крошечные хищники, многие из которых являются осами, могут иметь серьезные экологические и экономические последствия. Например, осы рода Melittobia нападают на шмелей-опылителей. Личинки ос-паразитов питаются куколками гнездящихся пчел, и их быстрое размножение может уничтожить целые колонии практически без следа предшествующей бойни.
Понимание того, как взаимодействуют паразитоиды и хозяева и как их взаимодействие меняется под влиянием человека, критически важно для понимания экосистем. Новое исследование, проведенное международной группой ученых, показало, что математические модели могут предсказывать сложные изменения в поведении насекомых, используя простое описание их предпочтений. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications 6 октября, позволило предсказать уровень паразитизма после вырубки лесов без необходимости получения обширных полевых данных.
"Сбор полевых данных необходим, но дорог, поэтому здорово показать, что мы можем использовать математические модели, чтобы помочь сосредоточить усилия и сделать сбор данных более эффективным", - Филипп Станиченко, доктор философии, ведущий автор и научный сотрудник Национальный центр социально-экологического синтеза (SESYNC). «Столкнувшись со всеми сложными отношениями между видами, а также между видами и окружающей средой, удивительно, что мы можем определить простые закономерности, которые, хотя и не идеальны, описывают, как люди могут одинаково влиять на паразитизм в разных местах по всему миру».
Станиченко намеревался выяснить, имеют ли зарегистрированные изменения в определенном типе паразитарного взаимодействия между паразитоидами и их хозяевами сходство между наборами данных из разных стран и, следовательно, могут ли они быть предсказуемыми. Станиченко и его коллеги проанализировали данные о пчелах, осах и их паразитоидах, собранные с помощью гнезд-ловушек. К этим исследованиям присоединились бывший советник Станиченко Феликс Рид-Цочас, доктор философии, в Центре сложности CABdyN в бизнес-школе Саида Оксфордского университета, Оуэн Льюис, доктор философии, профессор экологии в Оксфордском университете. Джейсон Тилианакис, доктор философии, профессор экологии Кентерберийского университета в Новой Зеландии, Маттиас Альбрехт, доктор философии, научный сотрудник Института наук об устойчивом развитии в Швейцарии, Валери Кудрен, доктор философии, исследователь Средиземноморья Институт морского и наземного биоразнообразия и экологии во Франции и Александра-Мария Кляйн, профессор экологии Фрайбургского университета в Германии.
Они основывали свои выводы на данных о взаимодействии хозяина и паразитоида, собранных в Эквадоре, Индонезии и Швейцарии на полевых участках, расположенных в различных экосистемах, включая тропические леса и агролеса, умеренные луга и равнины, а также человеческие - измененные места обитания, такие как пастбища и рисовые поля. Поскольку паразитоиды могут атаковать несколько хозяев, данные о взаимодействии могут быть объединены для создания сетей, описывающих в одном математическом объекте относительные показатели паразитизма среди нескольких видов на полевом участке. Учитывая эти данные, исследователи сначала разработали способ извлечения предпочтений паразитоидов для каждого хозяина из экологических сетей.
«Много информации о поведении и реакциях видов на окружающую среду содержится в экологических сетях, но вопрос в том, как сделать эту информацию полезной для прогнозирования», - сказал Станиченко. «В конце концов, мы поняли, что ответ заключается в предпочтениях взаимодействия, которые количественно определяют, насколько больше или меньше паразитоидов атакуют своих хозяев по сравнению с базовым ожиданием, что они атакуют каждый раз, когда паразитоид случайно сталкивается с одним из своих возможных хозяев».
Соавтор исследования Льюис добавил: «Было бы очень сложно и долго изучать пищевое поведение всех этих видов в полевых условиях, особенно в экосистемах с большим разнообразием, таких как тропические леса. К счастью, оказалось, что использование настроек взаимодействия может позволить нам пропустить этот шаг."
Станиченко продолжил: «Мы обнаружили, что когда предпочтения взаимодействия меняются, они меняются одинаково в каждой стране. чтобы собрать много новых данных о взаимодействии."
Добавление данных о предпочтениях в сети взаимодействия - большой шаг вперед, потому что это позволяет уточнить карту взаимодействия от простого списка того, кто кого ест, до показателей, которые фактически предоставляют информацию об относительной интенсивности этих взаимодействий. Предпочтение данные, безусловно, являются большим подспорьем для прогнозирования и важной целью для включения в будущие исследования», - прокомментировал Билл Фэган, профессор и заведующий кафедрой биологии Университета Мэриленда, который не участвовал в проекте.
Станиченко и его коллеги сосредоточились на вырубке лесов, но их новый математический подход будет полезен для понимания последствий многих видов антропогенных изменений окружающей среды.«Взаимодействия между видами - это шестерни, которые заставляют двигатель экосистем работать, чтобы обеспечить нас ресурсами для нашего выживания. Изменения в окружающей среде, вызванные деятельностью человека, нарушили эти взаимодействия, и раньше было трудно предсказать изменения, пока не стало слишком поздно, - сказал соавтор Тилианкис.
«Мы далеки от предсказания последствий любой человеческой деятельности, - заключил Станиченко, - но, по крайней мере, теперь мы знаем, что это возможно».