Als een scène uit de film Alien, insectenparasitoïden injecteren hun eieren in nietsvermoedende gastheren, hun nakomelingen groeien en eten van binnenuit, uiteindelijk uitbarstend en dood achterlatend, lege gastvaten. Deze kleine roofdieren, velen van hen wespen, grote ecologische en economische gevolgen kunnen hebben. Bijvoorbeeld, wespen in het geslacht Melittobia bestuivende hommels aanvallen. Parasitoïde wesplarven voeden zich met de poppen van nestelende bijen, en hun snelle reproductie kan hele kolonies vernietigen met nauwelijks een spoor van het voorgaande bloedbad.

Begrijpen hoe parasitoïden en gastheren op elkaar inwerken, en hoe hun interacties veranderen met menselijke invloed, is van cruciaal belang voor het begrijpen van ecosystemen. Nieuw onderzoek door een internationaal team van onderzoekers vindt dat wiskundige modellen complexe gedragsveranderingen van insecten kunnen voorspellen met behulp van een eenvoudige beschrijving van insectenvoorkeuren. Het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie op 6 oktober, was in staat om parasitismepercentages na ontbossing te voorspellen zonder de noodzaak van uitgebreide veldgegevens.

"Het verzamelen van veldgegevens is noodzakelijk maar duur, dus het is geweldig om te laten zien dat we wiskundige modellen kunnen gebruiken om onze inspanningen te concentreren en het verzamelen van gegevens efficiënter te maken, "Philip Staniczenko, doctoraat, hoofdauteur en research fellow bij het National Socio-Environmental Synthesis Center (SESYNC). "Geconfronteerd met alle gecompliceerde relaties tussen soorten, en tussen soorten en het milieu, het is verbazingwekkend dat we eenvoudige patronen kunnen identificeren die, hoewel niet perfect, beschrijven hoe mensen parasitisme op dezelfde manier kunnen beïnvloeden op verschillende plaatsen over de hele wereld."

Staniczenko ging op zoek naar geregistreerde veranderingen in een bepaald type parasitaire interactie, tussen parasitoïden en hun gastheren, gedeelde overeenkomsten tussen datasets uit verschillende landen, en, daarom, misschien voorspelbaar. Staniczenko en collega's analyseerden gegevens over bijen, wespen en hun parasitoïden verzameld met behulp van valnesten. Bij deze onderzoeksinspanning waren Staniczenko's voormalige adviseur, Felix Reed-Tsochas, doctoraat, aan het CABDyN Complexity Centre aan de Saïd Business School van de Universiteit van Oxford, Owen Lewis, doctoraat, hoogleraar ecologie aan de Universiteit van Oxford, Jason Tylianakis, doctoraat, hoogleraar ecologie aan de Universiteit van Canterbury in Nieuw-Zeeland, Matthias Albrecht, doctoraat, onderzoeker aan het Institute for Sustainability Sciences in Zwitserland, Valerie Coudrain, doctoraat, onderzoeker aan het Mediterraan Instituut voor Mariene en Terrestrische Biodiversiteit en Ecologie in Frankrijk, en Alexandra-Maria Klein, hoogleraar ecologie aan de universiteit van Freiburg in Duitsland.

Ze baseerden hun bevindingen op gastheer-parasitoïde interactiegegevens verzameld in Ecuador, Indonesië, en Zwitserland, op veldlocaties in een breed scala aan ecosystemen, inclusief tropisch bos en agrobos, gematigde weiden en vlakten, evenals door de mens gemodificeerde habitats, zoals grasland en rijstvelden. Omdat parasitoïden meerdere gastheren kunnen aanvallen, interactiegegevens kunnen worden gecombineerd om netwerken te bouwen die beschrijven, in één wiskundig object, de relatieve snelheden van parasitisme tussen meerdere soorten op een veldlocatie. Gezien deze gegevens, de onderzoekers ontwierpen eerst een manier om parasitoïde voorkeuren voor elke gastheer uit ecologische netwerken te extraheren.

"Veel informatie over gedrag en de reacties van soorten op de omgeving is vervat in ecologische netwerken, maar de vraag is hoe deze informatie bruikbaar te maken voor voorspellingen, ' zei Staniczenko. 'Uiteindelijk, realiseerden we ons dat het antwoord interactievoorkeuren waren, die kwantificeren hoeveel meer of minder parasitoïden hun gastheren aanvallen in vergelijking met een basisverwachting dat ze aanvallen elke keer dat een parasitoïde willekeurig een van zijn mogelijke gastheren tegenkomt."

Co-auteur Lewis voegde toe, "Het zou erg moeilijk en tijdrovend zijn om het voedingsgedrag van al deze soorten in het veld te bestuderen, vooral in ecosystemen met een hoge diversiteit, zoals tropische regenwouden. Gelukkig, het blijkt dat het gebruik van interactievoorkeuren ons in staat zou kunnen stellen die stap over te slaan."

Staniczenko vervolgde, "We ontdekten dat wanneer interactievoorkeuren veranderden, dat deden ze in elk land op dezelfde manier. Dit betekende dat we modellen konden ontwerpen die systematische verschuivingen in interactievoorkeuren vastlegden om voorspellingen te doen op nieuwe locaties, zonder veel nieuwe interactiegegevens te hoeven verzamelen."

"Het toevoegen van voorkeursgegevens aan interactienetwerken is een grote stap voorwaarts omdat het verfijning van de interactiekaart mogelijk maakt van een eenvoudige lijst van wie-eet-wie tot metingen die daadwerkelijk informatie geven over de relatieve intensiteit van die interacties. Voorkeursgegevens zijn duidelijk een geweldige zegen voor voorspelling en een belangrijk doelwit voor opname in toekomstige studies, " merkte Bill Fagan op, Professor en voorzitter van de biologie aan de Universiteit van Maryland, die niet bij het project betrokken was.

Staniczenko en collega's richtten zich op ontbossing, maar hun nieuwe wiskundige benadering zal waardevol zijn voor het begrijpen van de gevolgen van vele soorten door mensen aangestuurde veranderingen in het milieu. "Interacties tussen soorten zijn de tandwielen die de motor van ecosystemen aan het werk houden om ons te voorzien van middelen om te overleven. Veranderingen in de omgeving veroorzaakt door menselijke activiteiten hebben deze interacties verstoord, en het was voorheen moeilijk om veranderingen te voorspellen voordat het te laat is, " zei co-auteur Tyliankis.

"We zijn nog ver verwijderd van het voorspellen van de gevolgen van elke menselijke activiteit, " Staniczenko concludeerde, "maar nu weten we tenminste dat het mogelijk is."