La søgen efter bæredygtige alternativer til kemiske pesticider Dette er en af de største udfordringer, som moderne landbrug står over for. Årelang intensiv brug af insekticider og herbicider har gjort det muligt for os at brødføde en voksende global befolkning, men de har også sat et bekymrende præg på vand, biodiversitet og menneskers sundhed. Derfor ses enhver teknologi, der reducerer vores afhængighed af disse stoffer, samtidig med at afgrødeproduktiviteten opretholdes, med stor interesse.
I den sammenhæng Skadedyrsbekæmpelse ved hjælp af vibrationer og ultralyd Det er gået fra at være næsten en videnskabelig kuriositet til at fremstå som et reelt værktøj inden for integreret skadedyrsbekæmpelse. Fra apparater, der efterligner de vibrationssignaler, som insekter bruger til at reproducere sig, til ultralydssendere, der simulerer tilstedeværelsen af rovdyr, viser nyere forskning, at det er muligt at "tale skadedyrs sprog" for at tiltrække, forvirre eller afvise dem, alt sammen uden at sprøjte marken med kemikalier.
Hvorfor landbruget søger alternativer til pesticider
La Moderne intensivt landbrug er uundgåeligt aggressivt over for miljøet.Dette skyldes, at det er baseret på at favorisere en enkelt dyrket art frem for enhver konkurrent: ukrudt, insekter, svampe eller små pattedyr. Med mekaniseringen og behovet for at producere mere pr. hektar var den hurtige løsning pesticider, som i årtier har været essentielle allierede for at sikre høst.
Den udbredte brug af disse stoffer har imidlertid skabt meget alvorlige miljø- og sundhedsproblemerForurening af grundvandsmagasiner, skader på ikke-målrettede fauna (herunder bestøvere såsom bier og humlebier), fremkomst af resistens hos mange skadedyr og sundhedsrisici for udsatte individer. Det er et klassisk tveægget sværd: de hjælper med at producere mad, men samtidig kan de være skadelige for os.
Denne situation har drevet udviklingen af biologiske løsninger såsom biogødning og biopesticiderDisse metoder er baseret på mikroorganismer eller gavnlige insekter, der konkurrerer med eller angriber skadedyr. Selvom de repræsenterer et betydeligt fremskridt, kan de stadig ikke fuldstændigt erstatte agrokemikalier uden at miste effektivitet, især i meget intensive systemer.
Derfor interessen for innovative strategier som f.eks. fysisk eller adfærdsmæssig bekæmpelse af skadedyr gennem vibrationerhvilket gør det muligt at forstyrre insekters kommunikation eller simulere rovdyrs tilstedeværelse, hvilket reducerer skader uden at efterlade giftige rester i miljøet.
Vibrationers og ultralyds rolle i skadedyrskommunikation
Mange landbrugsskadedyr bruger vibrationer og akustiske signaler at orientere sig, finde en mage eller opdage rovdyr. Nogle arter kommunikerer gennem vibrationer transmitteret af planter (gennem stængler og blade), mens andre bruger ultralyd udsendt i luften, uhørlig for mennesker, men fuldt genkendelig for andre dyr.
I tilfælde af kornsugende insekterVigtige skadedyr på sojabønner, majs, hvede og bønner har vist sig at kombinere to systemer: på lange afstande, op til omkring 100 meter, bruger de feromoner for at tiltrække potentielle partnere. Når de kommer tættere på, skifter de kanal og begynder at sende. vibrationssignaler gennem planten for at angive dens nøjagtige position, en besked der ville lyde noget i retning af "Jeg er her, kom hen imod mig".
Disse vibrationer bevæger sig gennem plantens krop, som fungerer som en sand naturligt "kabel", der overfører signaletDet interessante er, at flere hunner såvel som andre hanner kan reagere på det samme signal, så den "vibrerende dialog" i en kultur kan være ret kompleks.
Hos andre skadedyr, som f.eks. natmøl af slægten SpodopteraUltralyd spiller en nøglerolle. Disse sommerfugle er almindelige byttedyr for flagermus, som lokaliserer dem præcist takket være ultralydsekkolokalisering. De har til gengæld udviklet en række akustiske reaktioner, der kan at forvirre ekkolokaliseringen af flagermus eller hjælpe dem med at opdage deres tilstedeværelse i tide til at undslippe. Med andre ord er der en sand "akustisk krig" på nattehimlen.
Forståelsen af disse kommunikationssystemer har givet forskere mulighed for at foreslå en meget stærk idé: Hvis vi ved, hvad skadedyr hører, og hvordan de kommunikererVi kan skabe enheder, der efterligner, ændrer eller blokerer disse signaler for at manipulere dem til vores fordel.
Den brasilianske enhed, der bruger mikrovibrationer til at tiltrække væggelus
Et af de mest slående fremskridt inden for skadedyrsbekæmpelse ved hjælp af vibrationer kommer fra Brasilien, hvor et hold fra Brasiliansk landbrugsforskningsselskab (Embrapa) og Statsuniversitetet i Mato Grosso har udviklet en elektronisk enhed, der er i stand til at gengive de vibrationssignaler, der bruges af kornsugende insekter i deres reproduktionsfase.
Teknologien er baseret på mange års observation af reproduktive adfærd hos disse insekterForskere analyserede de specifikke frekvenser af de vibrationer, de udsender, når de leder efter en mage, og formåede at registrere, lagre og reproducere dem på en kontrolleret måde med en elektronisk prototype, der fastgøres til fælder i felten.
Disse fælder kombinerer to typer lokkemad: syntetiske feromonersom virker på lang afstand for at tiltrække væggelus ved hjælp af "lugt", og en lille vibrerende enhed, der efterligner præcise vibrationssignaler hvilket insekterne fortolker som et parringskald. Resultatet er en slags "falsk signal", der koncentrerer insekterne i fælden i stedet for at sprede dem i hele afgrøden.
Ifølge biolog Raúl Alberto Laumann fra Laboratoriet for Semiokemiske Stoffer inden for Genetiske Ressourcer og Bioteknologi på Embrapa, er den kombinerede brug af vibrationer og feromoner Det muliggør ikke blot fangst af væggelus, men også indhentning af meget præcise oplysninger om tætheden og den rumlige fordeling af skadedyrspopulationerne i området.
I de igangværende feltforsøg placeres fælderne med enheden ca. hver fem hektarDerefter tælles de insekter, der fanges på hvert punkt, og matematiske modeller bruges til at estimere den faktiske skadedyrstæthed på tværs af hele afgrøden. Denne tilgang gør vibrerende fælder til en fint overvågningsværktøj, nøglen til at beslutte, hvornår og hvordan man skal gribe ind.
Fordele og potentiale ved bekæmpelse af væggelus med vibrationer
Væggelus og larver er to af de mest skadelige skadedyr i sojabønner og andre kornafgrøder. Mens transgene planter og entomopatogene mikroorganismer blandt andet bruges til at bekæmpe larver, er bekæmpelse af stinkblæser stadig i høj grad afhængig af kemiske insekticider. Derfor er det en strategisk udfordring at finde alternative metoder, der er mindre aggressive og sikrere for miljøet og menneskers sundhed.
Den brasilianske vibrerende enhed peger præcis i den retning. Dens store appel er, at den kunne blive en Et reelt alternativ til konventionelle insekticidereller i det mindste reducere deres brug betydeligt ved at integrere dem i integrerede skadedyrsbekæmpelsesprogrammer. Fælderne ville tjene til både at overvåge og reducere væggelusbestandene til niveauer under den økonomiske skadestærskel.
Derudover er det en teknologi meget specifik for målskadedyretI modsætning til et bredspektret insekticid, som også kan udrydde gavnlige insekter såsom naturlige rovdyr eller bestøvere, er vibrationer og feromoner kun rettet mod kornsugende insekter, der genkender disse signaler. Dette minimerer virkningen på gavnlige insekter.
Ifølge foreløbige resultater offentliggjort af Embrapa-teamet har den kombinerede brug af syntetiske feromoner og vibrationer muliggjort reducere forekomsten af væggelus på markerne markant af forsøg, og alt dette uden at forstyrre aktiviteten af nyttige insekter såsom bier eller humlebier. I et scenarie, hvor FAO anslår, at skadedyr kan forårsage en reduktion på op til 40% i den globale landbrugsproduktion, har enhver fremgang på dette område en betydelig økonomisk og økologisk indvirkning.
Patentet for denne teknologi blev indgivet i slutningen af 2023 til det brasilianske nationale institut for industriel ejendomsret, og for nu, Det er endnu ikke kommercielt tilgængeligtForskerne søger industrielle partnere, især virksomheder dedikeret til udvikling af automatiserede fælder, med det formål at opskalere produktionen og bringe disse anordninger til landbrugsmarkedet.
Udfordringerne ved at anvende mikrovibrationer i stor skala
Trods den entusiasme, som denne innovation har skabt, er der også blevet rejst visse bekymringer rimelig tvivl om dens levedygtighed i stor skalaEntomolog José Maurício Simões Bento, ekspert i kemisk økologi og insektadfærd ved universitetet i São Paulo, værdsætter Embrapas arbejde højt, især den præcise identifikation af de vibrationsfrekvenser, som væggelus bruger.
Simões påpeger dog, at den store ukendte er Hvordan man kan genskabe dette system i plantager, der dækker hundredtusindvis af hektarDette er tilfældet med sojabønner i Brasilien, hvor der dyrkes over 45 millioner hektar. Installation af apparater på et tilstrækkeligt antal steder kan være dyrt og logistisk komplekst, og den optimale balance mellem teknologiomkostninger og skadesreduktion er stadig uklar.
Et andet vigtigt teknisk aspekt er, at Væggelus' vibrationskommunikation sker gennem plantenikke direkte i luften. For at signalet kan overføres effektivt, skal enheden være forbundet med anlægget eller en struktur, der tillader vibrationen at sprede sig i hele plantevævet. Dette rejser spørgsmål som: Er det nok at placere én enhed pr. fælde? Skal den fastgøres til en specifik plante? Hvordan ændrer udbredelsen sig afhængigt af afgrødetætheden?
Laumann og hans team foreslår at løse nogle af disse udfordringer gennem brug af matematiske modeller der korrelerer fældefangsterne med den faktiske skadedyrstæthed, og dermed undgår behovet for at dække hver plante med en anordning. Desuden foreslår de at integrere denne teknologi med andre biologiske bekæmpelsesmetoder, såsom brugen af væggelus æg parasitoidersom lever og udvikler sig inde i skadedyrets æg, hvilket yderligere reducerer dets population.
Hvis der gøres fremskridt med at automatisere optællingen af indfangede insekter, noget der også arbejdes på, kan vibrerende fælder omdannes til en nøgleværktøj inden for integreret skadedyrsbekæmpelsehvilket giver landmanden næsten i realtid besked om niveauet af væggelus i hvert område af gården, hvilket muliggør langt mere præcise og rettidige bekæmpelsesbeslutninger.
Ultralydsapparater til at afvise møl og andre flyvende skadedyr
Ud over de vibrationer, der transmitteres af planter, er et andet meget aktivt forskningsområde brug af ultralyd til at afskrække skadelige insekterEn nylig undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) af et japansk team har vist særligt lovende resultater mod møl af slægten Spodoptera, store skadedyr i afgrøder som jordbær, løg, tomater og mange andre grøntsager.
Under ledelse af forsker Ryo Nakano fra Nagoya Universitet blev der udført forsøg i marker og drivhuse med jordbær og løg hvor der var installeret cylindriske ultralydssendere, der kunne udsende lyd i 360 grader. Disse apparater efterlignede den ultralyd, der udsendes af flagermus, naturlige rovdyr for nataktive møl.
Forskerne fokuserede på præcist at justere ultralydsignalernes varighed, frekvens og intensitet for at opnå maksimal afskrækningseffektivitet. Resultaterne viste, at når anordningerne blev aktiveret fra skumring til daggry (disse natsværmeres aktivitetsperiode), blev hunnernes flugt betydeligt reduceret, og frem for alt deres æglægning på afgrøder.
Dette er afgørende, fordi mange arter som f.eks. Spodoptera littoralis (sort donut) eller Spodoptera exigua (grøn donut eller hærorm) De forårsager det meste af skaden i larvestadiet. Ved at forhindre hunnerne i at lægge deres æg i afgrøden elimineres problemet og reduceres drastisk populationerne af larver, der fortærer blade og frugter.
Entomolog Miguel Ángel Miranda Chueca, professor i zoologi ved University of the Balearic Islands, mener, at denne tilgang har solidt videnskabeligt grundlagDette skyldes, at den udnytter et akustisk sprog (ultralyd), som disse sommerfugle naturligt bruger til at kommunikere med deres rovdyr. Han mener, at denne type teknologi kan blive en ny bekæmpelsesmetode inden for et integreret skadedyrsbekæmpelsessystem.
Begrænsninger ved ultralyd mod andre almindelige skadedyr
Selvom resultaterne med møl af slægten Spodoptera er meget lovende, er eksperter enige om, at Effektiviteten af ultralyd kan ikke generaliseres til noget skadedyr.Hver art har sin egen sensoriske biologi, og ikke alle bruger vibrationer eller ultralyd til at kommunikere eller opdage trusler.
Et tydeligt eksempel er frugtflue (Ceratitis capitata)Stikkende insekter er et af de mest alvorlige skadedyr, der påvirker frugttræer verden over. Ifølge eksperter bruger dette insekt ikke ultralyd som primært kommunikationsmiddel, hvilket i høj grad komplicerer at finde en frekvens og en "akustisk besked", der får det til at frastøde eller flygte. Uden dette biologiske grundlag er det praktisk talt umuligt at designe et virkelig effektivt lydsystem.
Noget lignende sker med indendørs skadedyr som f.eks. kakerlakkerDer findes apparater på markedet, der hævder at kunne afvise kakerlakker ved hjælp af ultralyd. Forskere som Miranda Chueca argumenterer dog for, at disse produkter er biologisk meningsløse, fordi kakerlakker ikke bruger disse signaler på en måde, der muliggør vedvarende afvisning.
I tilfælde af mygTeorien har lidt mere grundlag, da de bruger lyde i deres reproduktionsadfærd (for eksempel den karakteristiske summen fra deres vinger for at tiltrække hunner). Tilgængelige undersøgelser tyder dog på, at reproduktion af disse lyde Det har ikke en tydelig afvisende effektOg indtil videre er der ikke identificeret noget ultralydsmønster, der konsekvent kan afvise dem under virkelige forhold.
Et andet område, hvor ultralyd er blevet testet, er gnaverbekæmpelse såsom rotter, mus eller markmus, især i perioder med intense landbrugsangreb. Vi ved, at disse dyr kan kommunikere ved hjælp af højfrekvente lyde, for eksempel til kurtisering eller territorialt forsvar, og dette har ført til design af angiveligt frastødende apparater. Videnskabelige beviser tyder dog på, at effekten er højst midlertidigEn ny lyd kan i starten være skræmmende, men med tiden vænner dyr sig til den, ligesom det sker for os mennesker med en konstant irriterende lyd.
Økologisk påvirkning og "støjforurening" på landet
Et problem, der ikke kan overses, er den økologiske påvirkning, som emissioner af ultralyd og kunstige vibrationer kan have i et landbrugsøkosystem. Selvom hensigten måske kun er at afvise eller tiltrække visse skadedyr, er sandheden, at mange andre organismer deler dette miljø og kan blive påvirket af disse signaler.
Forfatterne af den japanske undersøgelse i PNAS erkender selv, at omfattende brug af disse apparater kan generere en vis "støjforurening" for andre arterSelvom ultralyd ikke kan høres af mennesker, kan mange dyr det høre, og det kan forstyrre deres kommunikation eller adfærd, hvis det ikke bruges på en kontrolleret måde.
For eksempel kunne den kontinuerlige simulering af ultralydsscanninger af flagermus designet til at skræmme møl væk påvirker også andre harmløse natsommerfugle eller insekter, der er en del af fugles eller andre rovdyrs kost. Ved at ændre byttedyrs adfærd kan et helt økosystem indirekte ændres. fødevarekæden hvilket allerede er ret belastet i intensive landbrugssystemer.
I et så humaniseret miljø som landbruget har enhver intervention, uanset hvor velment den er, konsekvenser i miljøetDerfor insisterer entomologer, før de implementerer storskalaløsninger baseret på vibrationer eller ultralyd, på behovet for at undersøge disse mulige bivirkninger bedre og vurdere, om de er acceptable i forhold til den skade, der skal undgås.
Nøglen vil være at finde en balance mellem effektivitet og miljømæssig respektBrug det minimalt nødvendige signaler på præcis de præcise tidspunkter og steder, og kombiner disse værktøjer med andre strategier (biologisk bekæmpelse, habitatforvaltning, resistente sorter osv.) for at minimere brugen af kemikalier uden at skabe nye usynlige problemer.
I sidste ende er skadedyrsbekæmpelse ved hjælp af vibrationer og ultralyd ved at blive etableret som en et meget stærkt innovationsfelt Inden for bæredygtigt landbrug åbner vibrerende fælder til korninsekter, der er i stand til at tiltrække dem gennem elektronisk reproducerede feromoner og mikrovibrationer, døren for målrettet bekæmpelse, der er mindre afhængig af insekticider. Samtidig viser ultralydsudledere inspireret af flagermus, at det er muligt at "narre" natsværmere som Spodoptera og reducere deres æglægning betydeligt. Selvom der fortsat er udfordringer med hensyn til skalerbarhed, omkostninger, artsspecifikke begrænsninger og potentielle effekter på andre livsformer, tyder alt på, at disse teknologier gradvist vil blive integreret i integrerede skadedyrsbekæmpelsesprogrammer, hvilket giver landmændene et andet værktøj til at beskytte deres afgrøder uden at skade miljøet eller kompromittere sundheden for dem, der arbejder og er afhængige af jorden.
