密歇根大學生態(tài)學家Ivette Perfecto和John Vandermeer在1980年代后期首次涉足農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生物多樣性研究，同時在哥斯達黎加教授生態(tài)學實地課程。

他們在當?shù)氐目Х绒r(nóng)場進行了實地練習，并很快發(fā)現(xiàn)了令人驚訝的昆蟲多樣性。通過與當?shù)剞r(nóng)民和國際學生的互動，他們認識到農(nóng)業(yè)在保護生物多樣性方面的作用。

從那時起，環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展學院James E. Crowfoot大學環(huán)境正義教授Perfecto和Asa Gray杰出大學生態(tài)學和進化生物學教授Vandermeer一直專注于生物多樣性保護，生物害蟲控制和食物主權(quán)之間的相互關系 - 他們發(fā)現(xiàn)這些概念只有通過他們在墨西哥和波多黎各咖啡農(nóng)場的廣泛研究才能相互關聯(lián)。

在發(fā)表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的一篇研究文章中，Perfecto和Vandermeer研究了波多黎各咖啡農(nóng)場螞蟻群落之間的競爭以及那里物種多樣性的維持。

總的來說，像您在墨西哥和波多黎各的長期研究一樣，實地考察如何幫助生態(tài)理論?

Perfecto：我們的工作不同尋常，因為我們以相輔相成的方式將田野調(diào)查和生態(tài)理論結(jié)合起來。在當代研究中，生態(tài)學研究通常是嚴格的經(jīng)驗或嚴格的理論，這取決于研究人員及其興趣。我們的方法是獨特的。我們以標準生態(tài)理論作為線索，說明哪些田野調(diào)查可能有趣和重要，做田野調(diào)查，然后利用田野結(jié)果作為新理論發(fā)展的動力。因此，我們在墨西哥和波多黎各的實地工作對我們整個科學事業(yè)至關重要。

在這篇新的PNAS論文中，您建議合并生態(tài)理論中的兩個概念，傳遞競爭和不傳遞競爭。解釋這些術語并描述波多黎各咖啡農(nóng)場螞蟻社區(qū)的組織。

范德米爾：生態(tài)文獻現(xiàn)在接受了這樣一種觀點，即不可傳遞的競爭(就像石頭剪刀布游戲，物種A擊敗物種B擊敗物種C擊敗物種A)在自然界中是普遍存在的。我們在咖啡農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中將螞蟻作為生物控制物種的工作中看到一個例子。

但我們進一步觀察，并注意到，不傳遞結(jié)構(gòu)反過來可能導致系統(tǒng)中其他傳遞物種的新型持久性。不參與不傳遞結(jié)構(gòu)的物種通常是分層結(jié)構(gòu)的(即傳遞的)，其中“最佳”競爭者有望勝過所有其他競爭對手并成為唯一的幸存者。

達爾文很久以前就指出，當這種等級制度存在時，我們預計最占主導地位的等級制度最終會消滅所有其他等級制度。然而，如果某種干擾定期“重置”游戲，優(yōu)勢可能永遠無法達到其對所有其他物種的預期優(yōu)勢，并且系統(tǒng)中可以維持更多的物種。

我們的理論只是指出，達爾文的“周期性擾動”思想可能源于不傳遞結(jié)構(gòu)中的一個物種是等級制度中優(yōu)勢物種的主要競爭對手。當不傳遞模式重復時，它的周期性出現(xiàn)(從A到B到C再到A再次)暫時擊倒了層次結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢物種，有效地充當了達爾文的周期性干擾。

您在波多黎各農(nóng)場的觀察是否對其他生態(tài)社區(qū)有更廣泛的應用?

范德米爾：螞蟻在幾乎所有陸地生態(tài)系統(tǒng)中無處不在，包括農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。多年來，我們一直在研究螞蟻在咖啡農(nóng)場病蟲害生物防治中的作用。不同種類的螞蟻對害蟲的影響不同，害蟲的生命階段也不同。了解從不傳遞競爭中產(chǎn)生的螞蟻群落的空間結(jié)構(gòu)，以及它如何隨時間變化，有助于我們了解螞蟻可能提供的害蟲防治服務的變化。

例如，在咖啡中，咖啡漿果螟鉆入漿果并在漿果內(nèi)部繁殖。小型螞蟻可以穿透漿果并捕食育雛，而大型物種則在CBB外面鉆入漿果時捕食CBB。此外，樹棲物種可以捕食植物上的CBB，而嚴格的地面覓食者可能會捕食掉落在地上的老漿果中發(fā)現(xiàn)的蛀蟲。

您提出的理論結(jié)構(gòu)與生物多樣性這一更大的主題之間有聯(lián)系嗎?

完美：是的。如果傳遞競爭是普遍正確的，那么普遍的期望將是最具競爭力的優(yōu)勢物種將消滅所有其他物種。也許這一結(jié)果因地點而異，因此，隨著環(huán)境異質(zhì)性的增加，不同的優(yōu)勢結(jié)構(gòu)將允許更大的物種多樣性(空間和時間的每個點將允許不同物種的優(yōu)勢)。

對于一個中央組織不及物群，我們期待一個振蕩框架：物種A放棄物種B放棄物種C放棄物種A，依此類推。如果非傳遞三重體中的每個物種都與其他物種群體(其中許多物種本身就是傳遞的)具有明顯的競爭關系，那么除了最主要物種之外，局部消滅所有物種的趨勢將受到限制，從而促進物種共存，從而提高多樣性。

從歷史上看，人們認為許多生態(tài)群落在物種之間表現(xiàn)出自上而下的等級競爭。近年來，這一假設是否受到挑戰(zhàn)?

范德米爾：是的，近年來，等級競爭的假設受到了強烈的質(zhì)疑——尤其是理論家，他們中的許多人指出，我們并沒有非常積極地尋找不傳遞性。如果物種#1比物種#2更大更強壯，而物種#2比物種#3更大更強壯，那么物種#1也比物種#3更大/更強，這似乎是很自然的。

如果我們只考慮一個生態(tài)位，例如一種生長快速、高大并遮蔽其他一切的植物，這種傳遞特性肯定是正確的。但是，如果涉及其他生態(tài)位元素 - 假設植物也將其根部展開以從土壤中獲取更多的氮 - 那么潛在的假設根本不正確，理論上很容易出現(xiàn)不傳遞性。

有人提出，許多生物和非生物因素 - 如捕食者 - 獵物相互作用，降雨和溫度 - 可以打破競爭等級，甚至可能導致不傳遞性。在自然環(huán)境中找到這種不傳遞性是相當具有挑戰(zhàn)性的，我們與這三種螞蟻的相遇很大程度上是運氣問題。

PNAS論文是您在墨西哥和波多黎各咖啡農(nóng)場長達數(shù)十年的生態(tài)實地研究的最新結(jié)果。簡而言之，您從這項工作中獲得了哪些關鍵見解?

Perfecto：我們很快發(fā)現(xiàn)了生活在這些農(nóng)場的昆蟲的驚人多樣性，并很快意識到農(nóng)業(yè)在保護生物多樣性方面的作用。這與當時的傳統(tǒng)觀點形成鮮明對比，即農(nóng)業(yè)和生物多樣性保護是相互對立的，這導致了我們的兩本書，“生物多樣性早餐”和“自然矩陣”。

多年來，數(shù)十名外國和美國的研究生、博士后和本科生幫助我們完成了這些努力。這項長達三十年的研究工作教會了我們對自然復雜性的謙卑和在試圖理解這種復雜性的過程中的耐心。