Насекомых в почве трудно контролировать, но при помощи специального оборудования можно прослушивать звуки, которые они издают, что в будущем поможет фермерам обнаружить заражения вредителями на ранних стадиях.
Каролина-Моника Геррес смеется над кажущейся невероятностью своих собственных исследований. Она никогда не ожидала, что будет подслушивать личинок жуков, живущих в почве, а тем более планировать проект, который она теперь называет подземным Твиттером.
Геррес, эколог из Университета Гейзенхайма в Германии, интересуется тем, как насекомые, которые жуют корни растений, могут способствовать выбросам парниковых газов из почвы. Но, пытаясь решить этот вопрос три года назад, она столкнулась с проблемой: трудно узнать, какие почвенные насекомые жуют или даже сколько их в земле, не выкапывая почву и не разрушая саму экосистему, которую она хотела контролировать.
Один из подходов к мониторингу почвенных насекомых, который исследовали такие ученые, как Манкин и Дэвид Чесмор, исследователь акустики в Университете Йорка, заключается в прослушивании звуков, издаваемых личинками. Акустический мониторинг распространен среди орнитологов, изучающих редкие виды птиц, биологов дикой природы, наблюдающих за трудно отслеживаемой фауной, например энтомологи, изучающие наземных насекомых, таких как сверчки и цикады. Почвоведы десятилетиями пытались обнаружить белых личинок и других вредителей сельскохозяйственных культур по звукам, которые они издают во время движения или потребление пищи, но “звуки в почве быстро затихают”, - говорит Чесмор. В результате большая часть шума, достигающего подземных микрофонов, так, тихая и нечеткая.
Тем не менее, Геррес нуждалась в способе мониторинга почвенных насекомых для своих исследований, поэтому она объединилась с Чесмором, чтобы разработать способ записи звуков белых личинок в лаборатории. Эксперимент пары состоял просто из “ящиков с почвой с некоторыми личинками в них” и с микрофонами в форме палочек, опущенными в землю. Слушая первоначальные записи, Геррес услышала не только звуки грызения, но и серию неожиданных щебетов. “Я услышала эти странные звуки, поэтому я пошла к Дэвиду, и он сказал: "О боже, это стридуляции’. Мы этого совсем не ожидали ”.
Стридуляции чаще всего связаны с надземными насекомыми, такими как сверчки и кузнечики, которые производят шумы, используя свои задние конечности. Но эти звуки редко слышны в почве и плохо изучены у белых личинок. Для Геррес это был счастливый случай, который полностью изменил траекторию ее исследований. “Когда я начинала, я хотела измерить выбросы парниковых газов. Акустика должна была быть лишь очень незначительной частью проекта, а затем она превратилась в целую область исследований ”.
Последующие записи и их анализы, опубликованные Геррес и Чесмором, впервые демонстрируют, что два вида белых личинок, Melolontha melolontha и M. hippocastani (два вида майского жука), могут контролироваться их стридуляциями. Важно отметить, что исследователи смогли различить два вида, просто слушая образцы их звуков — у M. hippocastani stridulations звуки были короткими, отрывистыми всплесками, в то время как у M. melolontha стридуляции были немного более удлиненными. Они также обнаружили, что средняя скорость стридуляции на личинку увеличивается с увеличением количества личинок в контейнере с почвой.
Геррес надеется, что размещение микрофонов на сельскохозяйственных полях может однажды предложить фермерам более дешевый и менее разрушительный метод мониторинга заражений. Викингс говорит, что поддерживает эту идею, хотя и предупреждает, что Геррес и Чесмор еще не пытались обнаружить стридуляции за пределами своего контролируемого лабораторного эксперимента и еще не продемонстрировали, что можно точно оценить обилие личинок по частоте их стридуляции.
Еще одно препятствие в использовании акустического мониторинга в поле - это то, как справиться с огромным количеством данных, которые генерирует этот подход. Для лабораторного исследования ученые вручную проанализировали все сделанные ими записи — около 12 часов аудио — прослушивая случайные стридуляции и решая, какие звуки принадлежат к какому виду. “Это один из недостатков аудиозаписи”, - говорит Геррес. “Он производит так много данных, что в какой-то момент вы больше не можете анализировать их вручную”. Тем не менее, она уверена, что автоматизированный анализ данных возможен с помощью машинного обучения и что компьютеры будут способны выделить стридуляции из записей и определить, какие звуки принадлежат какому виду в течение нескольких часов использования.
#сельское хозяйство #сад и огород #вредители #наука #акустика