生态学家追踪昆虫如何破坏森林以及如何阻止它们

德怀尔说，这种细致的保护研究对于跟上不断变化的地球是必要的。

“共同进化的军备竞赛”

德怀尔本科就读于康奈尔大学，在那里他在西蒙·莱文（Simon Levin）的实验室工作，专注于粘液瘤病，这是一种病毒性疾病，有意用于控制澳大利亚、法国和其他国家农田中的欧洲兔子种群。

在这一点上，粘液瘤病已经成功使用了三十多年，尽管其有效性减弱了。这被认为是自然选择循环的结果：当具有特定免疫防御能力的兔子生存和繁殖时，病毒就会进化，驱使兔子也适应，依此类推。德怀尔开始预测是否以及何时可以在这些周期之间实现平衡。

在他1990年的出版物中，Dwyer提出了一组计算机模拟，模拟了病毒的传染性随时间的变化，并考虑了病毒通过其他宿主（如跳蚤）传播的效率。这些模型比以前尝试的要直观得多，并提供了新的工具来预测“共同进化军备竞赛”的结果，他在不到十年后质疑了这一现象。这些模型和类似的模型是 1980 年代和 90 年代建立的病原体进化数学理论基础的一部分。时至今日，粘液瘤病仍然是宿主-病原体军备竞赛的教科书式例子。

德怀尔后来在华盛顿大学攻读博士学位，师从彼得·卡雷瓦。在谈到昆虫病原体时，Dwyer设计了模型来预测病毒性疾病如何在道格拉斯冷杉草蛾种群中传播。他利用种群密度、年龄和空间结构（昆虫之间的位置）等特征来预测病毒传播。

如果这些听起来很熟悉，那是因为它们与用于计算 COVID-19 等人类疾病传播的参数相同。

德怀尔说，这些形成性的实验将激励他余下的职业生涯。

“所以所有这一切都受到兔子病的计算机模型的启发，”他说。

森林落叶和入侵的海绵蛾

森林对于碳循环和储存、温度调节以及为各种野生动植物提供栖息地至关重要。野火和伐木等短期事件会导致这些基本功能发生变化。然而，长期事件，包括落叶（从树上去除树叶）可能会对这一关键资源的维护产生毁灭性后果。

森林的落叶可能是由昆虫驱动的。当发生大规模的虫害爆发时，树木无法进行碳循环，通常会导致数千棵树的死亡。这不仅会消除娱乐资源并停止木材生产，还会通过分解将大量碳转移到大气中，这是导致气候变化的原因之一。事实上，气温升高可以为昆虫创造理想的条件，进一步加剧问题的周期性。

海绵蛾——德怀尔作为博士后研究的昆虫的一个可爱的名字，以前被称为“吉普赛蛾”——就是这些生物之一。它是一种入侵物种，在以树叶为食后会杀死树木。Dwyer和他的学生花了数年时间开发方法来模拟森林，海绵蛾及其自然病原体（包括核多角体病毒（NPV））之间的微妙关系。与粘液瘤病类似，NPV被有意用于控制海绵蛾的流行。

仔细观察，你会发现这棵树实际上覆盖着几只海绵状的飞蛾在它上面觅食。

海绵蛾的爆发可能是由于气候和生物影响的综合作用而发生的。例如，当环境因素导致它们的捕食者（老鼠、松鼠）减少时，飞蛾种群就会激增。反过来，高飞蛾密度使NPV造成严重破坏，导致种群下降。2004年发表的一篇论文是德怀尔在芝加哥大学发表的第一篇论文之一，它首次将所有这些因素（海绵蛾、它的捕食者和它的病原体）折叠成一个优雅的模型。这些结果标志着对海绵蛾密度周期性模式的理解取得了突破。

虽然捕食者和寄生虫对海绵蛾的爆发有很大的影响，但森林的另一个成员也有利害关系：树本身。

海绵蛾的周期性爆发因森林而异，但当一个地区有大量橡树时，似乎更严重。在2013年的一篇文章中，第一作者Bret Elderd和其他Dwyer实验室成员研究了橡树的先天防御机制如何影响海绵蛾的爆发。通过结合实地工作和计算技术，埃尔德发现可水解单宁（树木落叶时分泌的一种轻度有毒分子）降低了海绵蛾幼虫对杆状病毒感染的易感性。作者成功地再现了这种复杂的相互作用，解决了海绵蛾流行病学模型中一个长期被忽视的因素。

然而，随着全球气温的上升，即使是最敏感的模型也可能变得不足。这在 2020 年的一份出版物中很明显，其中前 Dwyer 实验室成员 Colin Kyle 设计了模型，探索宿主密度和天气条件如何影响一种名为 Entomophaga maimaiga 的海绵蛾病原体的爆发。最佳拟合模型显示，天气和飞蛾密度的结合驱动了宿主病原体的动态，比那些不考虑温度波动的流行病更好地预测了流行病。

“我们从海绵蛾的研究中了解到，温度和湿度的适度变化会对物种之间的相互作用产生非常大的变化。我没想到会这样。这是一个非常重要的结论。

然而，如果没有高质量的输入数据，即使是最可靠的模型也没有什么用处。为了获得数据，Dwyer实验室选择自己动手。

“我们经常收集自己的数据。就草蛾而言，这意味着开车去华盛顿州做实验，“德怀尔说。“我们从自然存在的种群中收集昆虫，并将它们带回实验室，看看谁被感染了，以及它们感染了什么菌株。我们把它们放在一根树枝上，看看病毒是如何传播的，以及有多少部分感染了病毒。所以它在树枝上制造了小小的流行病。

德怀尔实验室也进行了广泛的合作;他们与阿贡国家实验室的气候科学家合作;研究人员研究病毒在人类中的传播，如HPV;芝加哥大学哈里斯公共政策学院的研究人员研究了海绵蛾的爆发如何影响住房价值。

期待

气候变化的影响继续激励着德怀尔。凭借在华盛顿州、爱达荷州和俄勒冈州收集的大量时间序列数据（均由林务局提供），该实验室接下来将解决如何预测不同地区和种群的草蛾流行病的问题。

“气候变化可能会降低控制昆虫疾病的能力，”他说。“当然，这是一个巨大的问题。

目前，该实验室将继续做他们最擅长的事情：在现场、办公桌和实验室之间轮换，将流行病模型与真实世界的数据相匹配。在设计生态模型、跟踪病毒传播和预测海绵蛾流行病近 30 年后，Dwyer 反映出一些最重要的经验教训没有在替补席上学到。

“实验室的第一条规则是永远不要在车顶上留下任何东西。

这篇简介文章中报告的研究得到了美国国家科学基金会、美国国立卫生研究院和美国林务局的支持。

——改编自 生物科学部发表的一篇文章。