捕食性蝇类引发混乱的蚂蚁战争可能拯救咖啡作物

现在，密歇根大学的研究人员约翰·范德米尔和伊维特·佩尔费克托利用两种生态学理论描述了三类蚂蚁物种与一种近期引入的捕食其中一种蚂蚁的蝇类之间复杂的相互作用。他们在波多黎各咖啡农场的研究表明，蚂蚁与捕食蝇的互动创造了混沌模式——经典意义上的混沌，即自然种群受系统内生物体相互作用的波动影响。

这些混沌模式意味着四种昆虫物种中的任何一种在任何时间点都可能成为优势种。理解哪些蚂蚁可能随时间占据优势有助于农民利用蚂蚁管理农场害虫。他们的研究由美国国家科学基金会支持，发表在美国国家科学院院刊上。

“我们研究的三种蚂蚁中有两种是咖啡中两种重要害虫生物控制的关键媒介，”密歇根大学生态与演化生物学教授范德米尔说。“我们或农民希望预测蚂蚁何时出现、何时消失。但事实证明这类预测相当困难。”

三十年来，范德米尔和密歇根大学环境与可持续性学院教授佩尔费克托一直在研究咖啡农场农业环境中的蚂蚁互动。他们表示，目标是帮助改变农业实践方式——但为此需先理解农业系统的生态学。

“我们认为当前依赖农药和化学品的国际农业体系无益于任何人福祉，尤其对农民有害，并显著加剧全球气候变化，”范德米尔说。“我们主张，要将生态学规则纳入新型农业开发中，必须理解这些规则及其运作机制。”

范德米尔指出，在热带地区，蚂蚁是优势物种，常作为害虫控制媒介参与农业实践。但利用蚂蚁物种控制害虫可能复杂：用作生物防治的蚂蚁优势性取决于系统中其他蚂蚁物种及昆虫类型的存在。

在该系统中，范德米尔和佩尔费克托检验了两种生态行为：不可传递循环行为和捕食者介导共存。不可传递循环行为指若存在三类蚂蚁物种，蚁种A可能支配蚁种B，蚁种B可能支配蚁种C，但蚁种C可能支配蚁种A。

当引入捕食者后，这些动态更趋复杂。在范德米尔和佩尔费克托研究的三种蚂蚁中，一类为优势种。但近期引入的蝇类捕食该优势蚂蚁。这种捕食-猎物关系不仅影响优势蚂蚁，还对另两类蚂蚁产生下游效应，使四类物种在不同时间点均可成为优势种。这是捕食者介导共存的一个例证。

捕食蝇及其目标蚂蚁的消长波动，以及蚂蚁物种优势性的变化，称为振荡现象。通过叠加并模拟这两种振荡生态原理，研究者得以探究原理如何将混沌引入系统。

结果呈现混沌状态。但通过绘制这两种振荡行为，研究者发现系统在某些时段呈捕食-猎物循环模式，其他时段则展现不可传递循环振荡特征。

理论上，这或意味着研究者可预测每类昆虫物种成为优势种的时间窗口。

“好消息是，从内在智力层面看，昆虫的混沌模式极具启发性。坏消息是，基于生态原理的农业实践并非看似简单，因为生态原理本身远比单纯寻找毒杀害虫的农药复杂得多，”范德米尔说。

“我们认为过去30年来揭示的正是：若真正将生态学融入农业系统基础运作中，必将面临此类复杂挑战。”