La søke etter bærekraftige alternativer til kjemiske plantevernmidler Dette er en av de største utfordringene moderne landbruk står overfor. Årevis med intensiv bruk av insektmidler og herbicider har gjort det mulig for oss å fø en voksende global befolkning, men de har også satt et bekymringsfullt preg på vann, biologisk mangfold og menneskers helse. Derfor blir enhver teknologi som reduserer vår avhengighet av disse stoffene samtidig som avlingsproduktiviteten opprettholdes, sett på med stor interesse.
I den sammenhengen, den skadedyrbekjempelse ved hjelp av vibrasjoner og ultralyd Det har gått fra å være nærmest en vitenskapelig kuriositet til å bli et reelt verktøy innen integrert skadedyrbekjempelse. Fra enheter som etterligner vibrasjonssignalene insekter bruker for å reprodusere seg, til ultralydsendere som simulerer tilstedeværelsen av rovdyr, viser nyere forskning at det er mulig å «snakke språket» til skadedyr for å tiltrekke seg, forvirre eller avvise dem, alt uten å sprøyte åkeren med kjemikalier.
Hvorfor landbruket søker alternativer til plantevernmidler
La Moderne intensivt jordbruk er uunngåelig aggressivt mot miljøet.Dette er fordi det er basert på å favorisere én enkelt dyrket art fremfor enhver konkurrent: ugress, insekter, sopp eller små pattedyr. Med mekanisering og behovet for å produsere mer per hektar, var den raske løsningen plantevernmidler, som i flere tiår har vært viktige allierte for å sikre avlinger.
Den utbredte bruken av disse stoffene har imidlertid ført til svært alvorlige miljø- og helseproblemerForurensning av grunnvannsmagasiner, skade på ikke-målrettet fauna (inkludert pollinatorer som bier og humler), fremvekst av resistens hos mange skadedyr og helserisiko for eksponerte individer. Det er et klassisk tveegget sverd: de bidrar til å produsere mat, men samtidig kan de ta på oss.
Denne situasjonen har drevet utviklingen av biologiske løsninger som biogjødsel og bioplantevernmidlerDisse metodene er basert på mikroorganismer eller nyttige insekter som konkurrerer med eller angriper skadedyr. Selv om de representerer et betydelig fremskritt, kan de fortsatt ikke erstatte agrokjemikalier fullstendig uten å miste effektivitet, spesielt i svært intensive systemer.
Derfor interessen for innovative strategier som fysisk eller atferdsmessig kontroll av skadedyr gjennom vibrasjonersom tillater å forstyrre insektkommunikasjon eller simulere tilstedeværelsen av rovdyr, noe som reduserer skader uten å etterlate giftige rester i miljøet.
Vibrasjoners og ultralyds rolle i skadedyrkommunikasjon
Mange landbruksskadedyr bruker vibrasjoner og akustiske signaler å orientere seg, finne en make eller oppdage rovdyr. Noen arter kommuniserer gjennom vibrasjoner som overføres av planter (gjennom stilker og blader), mens andre bruker ultralyd som sendes ut i luften, uhørbar for mennesker, men perfekt gjenkjennelig for andre dyr.
I tilfelle av kornsugende insekterViktige skadedyr på soyabønner, mais, hvete og bønner har vist seg å kombinere to systemer: på lange avstander, opptil omtrent 100 meter, bruker de feromoner for å tiltrekke seg potensielle partnere. Når de kommer nærmere, bytter de kanal og begynner å kringkaste vibrasjonssignaler gjennom planten for å angi dens nøyaktige posisjon, en melding som ville være noe sånt som «Jeg er her, kom mot meg».
Disse vibrasjonene beveger seg gjennom plantens kropp, som fungerer som en ekte naturlig «kabel» som overfører signaletDet interessante er at flere hunner så vel som andre hanner kan reagere på det samme signalet, så den «vibrerende dialogen» i en kultur kan være ganske kompleks.
Hos andre skadedyr, som f.eks. nattmøll av slekten SpodopteraUltralyd spiller en nøkkelrolle. Disse sommerfuglene er vanlige byttedyr for flaggermus, som lokaliserer dem presist takket være ultralyd-ekkolokalisering. De har igjen utviklet en rekke akustiske responser som kan å forvirre ekkolokaliseringen til flaggermus eller hjelpe dem med å oppdage deres tilstedeværelse i tide til å unnslippe. Med andre ord, det er en veritabel «akustisk krig» på nattehimmelen.
Å forstå disse kommunikasjonssystemene har gjort det mulig for forskere å foreslå en svært kraftfull idé: Hvis vi vet hva skadedyr hører og hvordan de kommunisererVi kan lage enheter som etterligner, endrer eller blokkerer disse signalene for å manipulere dem til vår fordel.
Den brasilianske enheten som bruker mikrovibrasjoner for å tiltrekke veggedyr
En av de mest slående fremskrittene innen skadedyrbekjempelse ved bruk av vibrasjoner kommer fra Brasil, hvor et team fra Brasiliansk landbruksforskningsselskap (Embrapa) og Statsuniversitetet i Mato Grosso har utviklet en elektronisk enhet som er i stand til å reprodusere vibrasjonssignalene som brukes av kornsugende insekter i reproduksjonsfasen.
Teknologien er basert på årelang observasjon av reproduksjonsatferden til disse insekteneForskere analyserte de spesifikke frekvensene til vibrasjonene de sender ut når de leter etter en make, og klarte å registrere, lagre og reprodusere dem på en kontrollert måte med en elektronisk prototype som festes til feller i felten.
Disse fellene kombinerer to typer agn: syntetiske feromonersom virker på lang avstand for å tiltrekke veggedyr med "lukt", og en liten vibrerende enhet som etterligner presise vibrasjonssignaler som insektene tolker som et parringsrop. Resultatet er et slags «falskt signal» som konsentrerer insektene i fellen i stedet for å spre dem utover avlingen.
Ifølge biolog Raúl Alberto Laumann, fra laboratoriet for semiokjemikalier i genetiske ressurser og bioteknologi ved Embrapa, er den kombinerte bruken av vibrasjoner og feromoner Det tillater ikke bare fanging av veggedyr, men også innhenting av svært presis informasjon om tettheten og den romlige fordelingen av skadedyrpopulasjonene i området.
I feltforsøkene som pågår for tiden, plasseres fellene med enheten omtrent hver femte hektarDeretter telles insektene som fanges på hvert punkt, og matematiske modeller brukes til å estimere den faktiske skadedyrtettheten over hele avlingen. Denne tilnærmingen gjør vibrerende feller til en fint overvåkingsverktøy, nøkkelen til å avgjøre når og hvordan man skal gripe inn.
Fordeler og potensial for veggedyrbekjempelse med vibrasjoner
Veggedyr og larver er to av de mest skadelige skadedyrene i soyabønner og andre kornvekster. Selv om transgene planter og entomopatogene mikroorganismer blant annet brukes til å bekjempe larver, er bekjempelse av stinkdyr fortsatt i stor grad avhengig av kjemiske insektmidler. Derfor er det en strategisk utfordring å finne alternative metoder som er mindre aggressive og tryggere for miljøet og menneskers helse.
Den brasilianske vibrasjonsenheten peker nettopp i den retningen. Dens store appell er at den kan bli en Et reelt alternativ til konvensjonelle insektmidlereller i det minste redusere bruken betydelig ved å integrere dem i integrerte skadedyrbekjempelsesprogrammer. Fellene ville tjene til både å overvåke og redusere veggedyrbestandene til nivåer under den økonomiske skadeterskelen.
Dessuten er det en teknologi svært spesifikk for målskadedyretI motsetning til et bredspektret insektmiddel, som også kan utrydde nyttige insekter som naturlige rovdyr eller pollinatorer, rettes vibrasjoner og feromoner kun mot kornsugende insekter som gjenkjenner disse signalene. Dette minimerer virkningen på nyttige insekter.
Ifølge foreløpige resultater offentliggjort av Embrapa-teamet, har kombinert bruk av syntetiske feromoner og vibrasjoner tillatt redusere forekomsten av veggedyr på jordene betydelig av forsøk, og alt dette uten å forstyrre aktiviteten til nyttige insekter som bier eller humler. I et scenario der FAO anslår at skadedyr kan forårsake opptil 40 % reduksjon i global landbruksproduksjon, har enhver fremgang på dette området en betydelig økonomisk og økologisk innvirkning.
Patentet for denne teknologien ble innlevert sent i 2023 til det brasilianske nasjonale instituttet for industriell eiendom, og foreløpig Den er ikke kommersielt tilgjengelig ennåForskerne søker industripartnere, spesielt selskaper som er dedikert til utvikling av automatiserte feller, med mål om å skalere opp produksjonen og bringe disse enhetene til landbruksmarkedet.
Utfordringene med å bruke mikrovibrasjoner i stor skala
Til tross for entusiasmen som denne innovasjonen har skapt, har det også blitt reist noen bekymringer rimelig tvil om dens levedyktighet i stor skalaEntomolog José Maurício Simões Bento, ekspert på kjemisk økologi og insektatferd ved Universitetet i São Paulo, verdsetter Embrapas arbeid høyt, spesielt den presise identifiseringen av vibrasjonsfrekvensene som veggedyr bruker.
Simões påpeker imidlertid at den store ukjente er Hvordan gjenskape dette systemet i plantasjer som dekker hundretusenvis av hektarDette er tilfellet med soyabønner i Brasil, hvor over 45 millioner hektar dyrkes. Det kan være kostbart og logistisk komplekst å installere enheter på et tilstrekkelig antall steder, og den optimale balansen mellom teknologikostnader og skadereduksjon er fortsatt uklar.
Et annet viktig teknisk aspekt er at Veggedyrenes vibrasjonskommunikasjon skjer gjennom plantenikke direkte i luften. For at signalet skal overføres effektivt, må enheten være koblet til anlegget eller en struktur som lar vibrasjonen spre seg gjennom plantevevet. Dette reiser spørsmål som: Er det nok å plassere én enhet per felle? Må den festes til en bestemt plante? Hvordan endres forplantningen avhengig av avlingstettheten?
Laumann og teamet hans foreslår å løse noen av disse utfordringene gjennom bruk av matematiske modeller som korrelerer fellefangstene med den faktiske skadedyrtettheten, og dermed unngår behovet for å dekke hver plante med en enhet. Videre foreslår de å integrere denne teknologien med andre biologiske kontrollmetoder, for eksempel bruk av veggedyr egg parasitoidersom lever og utvikler seg inne i skadedyrets egg, noe som reduserer bestanden ytterligere.
Hvis det gjøres fremskritt i å automatisere tellingen av fangede insekter, noe som det også jobbes med, kan vibrerende feller gjøres om til en et viktig verktøy innen integrert skadedyrbekjempelsevarsle bonden i nesten sanntid om nivåene av veggedyr i hvert område av gården, og dermed legge til rette for mye mer presise og rettidige kontrollbeslutninger.
Ultralydenheter for å avvise møll og andre flygende skadedyr
Utover vibrasjonene som overføres av planter, er et annet veldig aktivt forskningsområde bruk av ultralyd for å avskrekke skadelige insekterEn fersk studie publisert i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) av et japansk team har vist spesielt lovende resultater mot møll av slekten Spodoptera, store skadedyr i avlinger som jordbær, løk, tomater og mange andre grønnsaker.
Under ledelse av forsker Ryo Nakano fra Nagoya University ble det utført forsøk i åkre og drivhus med jordbær og løk hvor det var installert sylindriske ultralydsendere, som kunne utstråle lyd i 360 grader. Disse enhetene etterlignet ultralyden som sendes ut av flaggermus, naturlige rovdyr for nattaktive møll.
Forskerne fokuserte på å justere nøyaktig varighet, frekvens og intensitet av ultralydsignalene for å oppnå maksimal avstøtningseffektivitet. Resultatene viste at når enhetene ble aktivert fra skumring til daggry (aktivitetsperioden til disse møllene), ble hunnenes flukt betydelig redusert, og fremfor alt deres egglegging på avlinger.
Dette er viktig fordi mange arter som Spodoptera littoralis (svart smultring) eller Spodoptera exigua (grønn smultring eller hærorm) De forårsaker mesteparten av skaden i larvestadiet. Å hindre hunnene i å legge eggene sine i avlingen eliminerer problemet, og reduserer drastisk bestanden av larver som sluker blader og frukt.
Entomolog Miguel Ángel Miranda Chueca, professor i zoologi ved Universitetet på Balearene, mener at denne tilnærmingen har solid vitenskapelig grunnlagDette er fordi den utnytter et akustisk språk (ultralyd) som disse sommerfuglene naturlig bruker for å kommunisere med rovdyrene sine. Han mener denne typen teknologi kan bli en ny kontrollmetode innenfor et integrert skadedyrbekjempelsessystem.
Begrensninger ved ultralyd mot andre vanlige skadedyr
Selv om resultatene med møll av slekten Spodoptera er svært lovende, er ekspertene enige om at Effektiviteten til ultralyd kan ikke generaliseres til noe skadedyr.Hver art har sin egen sensoriske biologi, og ikke alle bruker vibrasjoner eller ultralyd for å kommunisere eller oppdage trusler.
Et tydelig eksempel er fruktflue (Ceratitis capitata)Stikkende insekt er et av de mest betydelige skadedyrene som rammer frukttrær over hele verden. Ifølge eksperter bruker ikke dette insektet ultralyd som primært kommunikasjonsmiddel, noe som i stor grad kompliserer det å finne en frekvens og en «akustisk melding» som vil få det til å frastøte eller flykte. Uten dette biologiske grunnlaget er det praktisk talt umulig å designe et virkelig effektivt lydsystem.
Noe lignende skjer med innendørs skadedyr som f.eks. kakerlakkerDet finnes apparater på markedet som hevder å avvise kakerlakker ved hjelp av ultralyd. Forskere som Miranda Chueca hevder imidlertid at disse produktene er biologisk meningsløse fordi kakerlakker ikke bruker disse signalene på en måte som muliggjør vedvarende avstøtning.
I tilfelle av myggTeorien har litt mer grunnlag, siden de bruker lyder i sin reproduksjonsatferd (for eksempel den karakteristiske summingen fra vingene for å tiltrekke hunner). Tilgjengelige studier indikerer imidlertid at reproduksjon av disse lydene Den har ikke en tydelig avvisende effektOg så langt er det ikke identifisert noe ultralydmønster som konsekvent kan avvise dem under virkelige forhold.
Et annet felt der ultralyd har blitt testet er gnagerkontroll som rotter, mus eller markmus, spesielt i perioder med intense jordbruksangrep. Vi vet at disse dyrene kan kommunisere ved hjelp av høyfrekvente lyder, for eksempel for kurtisering eller territoriumforsvar, og dette har ført til utformingen av angivelig frastøtende enheter. Vitenskapelige bevis tyder imidlertid på at effekten er høyst midlertidigEn ny lyd kan være skremmende i starten, men over tid har dyr en tendens til å venne seg til den, akkurat som skjer med oss mennesker med en konstant irriterende lyd.
Økologisk påvirkning og «støyforurensning» på landsbygda
Et problem som ikke kan overses er økologisk påvirkning som utslipp av ultralyd og kunstige vibrasjoner kan ha i et landbruksøkosystem. Selv om hensikten kanskje bare er å avvise eller tiltrekke visse skadedyr, er sannheten at mange andre organismer deler det miljøet og kan bli påvirket av disse signalene.
Forfatterne av den japanske studien i PNAS erkjenner selv at omfattende bruk av disse enhetene kan generere en viss «støyforurensning» for andre arterSelv om ultralyd ikke er hørbar for mennesker, er den hørbar for mange dyr, og kan forstyrre kommunikasjonen eller atferden deres hvis den ikke brukes på en kontrollert måte.
For eksempel kan kontinuerlig simulering av flaggermus-ultralyder designet for å skremme bort møll påvirker også andre ufarlige nattsommerfugler eller insekter som er en del av kostholdet til fugler eller andre rovdyr. Ved å endre byttedyrs atferd kan et helt økosystem indirekte endres. matkjede som allerede er ganske belastet i intensive landbrukssystemer.
I et så humanisert miljø som landbruket, har enhver inngripen, uansett hvor velment den er, konsekvenser i miljøetDerfor, før de implementerer storskalaløsninger basert på vibrasjoner eller ultralyd, insisterer entomologer på behovet for å studere disse mulige bivirkningene bedre og vurdere om de er akseptable sammenlignet med skaden som er ment å unngås.
Nøkkelen vil være å finne en balanse mellom effektivitet og økologisk respektBruk minimum nødvendige signaler, til nøyaktige tider og steder, og kombiner disse verktøyene med andre strategier (biokontroll, habitatforvaltning, resistente varianter osv.) for å minimere bruken av kjemikalier uten å skape nye usynlige problemer.
Til syvende og sist er skadedyrbekjempelse ved hjelp av vibrasjoner og ultralyd i ferd med å bli etablert som en et svært sterkt innovasjonsfelt Innen bærekraftig landbruk åpner vibrerende feller for korninsekter, som er i stand til å tiltrekke dem gjennom elektronisk reproduserte feromoner og mikrovibrasjoner, døren for målrettet bekjempelse som er mindre avhengig av insektmidler. Samtidig viser ultralydsendere inspirert av flaggermus at det er mulig å "lure" møll som Spodoptera og redusere eggleggingen deres betydelig. Selv om det fortsatt er utfordringer med hensyn til skalerbarhet, kostnader, artsspesifikke begrensninger og potensielle effekter på andre livsformer, tyder alt på at disse teknologiene gradvis vil bli integrert i integrerte skadedyrbekjempelsesprogrammer, og dermed tilby bønder et annet verktøy for å beskytte avlingene sine uten å skade miljøet eller kompromittere helsen til de som arbeider og er avhengige av jorden.
