稳定性依赖于蚜虫和黄蜂之间寄生关系的扩散。

就像流行的科幻恐怖电影《异形》中的一个场景一样，当一只叫做 蚜虫 的黄蜂产卵时，它会将它们注射到一种叫做豌豆蚜的小昆虫的体内。最终，卵孵化，年轻、饥饿的黄蜂幼虫开始从内部吃掉蚜虫，并在此过程中杀死它。

除非蚜虫有一种特定的产生毒液的细菌可供使用。一些豌豆蚜虫通过与一种叫做 防御哈密通氏菌 的细菌合作，抵制被定型为黄蜂幼虫的住房和食物。细菌生活在蚜虫体内并产生一种毒液，在黄蜂卵发育并杀死昆虫之前杀死黄蜂卵。然而，蚜虫的这种抗性是有代价的：繁殖产量较低。

威斯康星大学麦迪逊分校的研究人员将实验与数学建模相结合，了解到参与寄生关系的生物体在空间中的扩散可以在平衡生态学和进化对这些关系的影响方面发挥重要作用，例如 蚜虫 和豌豆蚜虫之间的关系。安东尼·艾夫斯（Anthony Ives）教授实验室的博士生卢卡斯·内尔（Lucas Nell）领导了这项研究，该研究最近发表在《科学》杂志上。

由于农民经常使用 蚜虫 作为以农作物为食的豌豆蚜虫群落的生物防治，Nell和Ives的发现可以帮助指导未来的害虫管理策略。

在更基本的层面上，这种特殊的寄生关系为研究人员提供了研究进化和生态学的绝佳机会，正如综合生物学教授艾夫斯几十年来一直在做的那样。

这种关系中的两个物种都旨在产生尽可能多的后代，以继续增殖并传递其遗传信息。为此，它们可以进化以传递有益的特征，使它们能够在生态系统的复杂变量和有限资源系统中最大限度地取得成功。

“有大量的研究在研究如何在生态学中维持生物多样性，也有很多关于遗传变异在进化中如何维持的研究。但同时观察两者是这篇论文非常新颖和令人兴奋的地方，“内尔解释说，他现在是斯坦福大学的博士后研究员。“因为进化如此之快，你无法真正将生态与进化分开。你真的必须同时理解它们。我们能够做到这一点，看看硬币的两面是如何在我们的系统中稳定下来的。

豌豆蚜虫的生命周期相对较短，它们通过产生与自己基因相同的后代来繁殖。它们的种群每两到三天就会翻一番，这意味着对蚜虫最有利的遗传变异可以在短时间内传递给后代。

科学家可以在几周内追踪这种进化的证据，而不是在需要更长时间繁殖的物种中观察它所需的数年时间。然而，为了在生态系统的背景下看到这种进化的后果，内尔和一组本科生花了一年时间收集数据。

在这种情况下，豌豆蚜虫可以传递的潜在进化益处是产生毒液的细菌。宿主抗寄生虫细菌有助于蚜虫在黄蜂存在并试图在黄蜂中产卵时最大限度地繁殖。

然而，由于细菌也会降低蚜虫的繁殖率，因此只有当存在足够的寄生虫来威胁蚜虫时，它们才是有益的。否则，蚜虫会被产生毒液的细菌卡住，从而降低它们的出生率，并且没有黄蜂卵可以杀死。出于这个原因，总有一些个体具有抵抗力，而另一些个体则没有抵抗力，从而形成了一个遗传多样化的种群。

从进化上讲，一个种群要想在遗传上多样化，就必须在空间上存在差异。分散在太空中为增加遗传变异提供了机会：在特定领域适应能力最强的蚜虫生存、繁殖并扩散到其他领域，并带来了它们的基因。当遗传多样性的蚜虫（有些对黄蜂有抵抗力，有些则不对黄蜂有抵抗力）分散在整个景观中时，它们的整体遗传多样性得以保持。

但内尔和艾夫斯不仅研究了蚜虫的进化，他们还研究了其生态背景下的寄生虫关系。这意味着他们必须考虑一系列其他问题：是否有足够的蚜虫供黄蜂种群养活自己？他们需要飞到另一个领域以确保他们有足够的食物吗？其他领域还潜伏着什么？

“有些田地倾向于有很多寄生虫，有些田地倾向于寄生虫较少，”艾夫斯说。“这会影响有抗性是否有益，因为有抗性是有代价的。

考虑到所有这些变量，研究人员发现，蚜虫会发生什么取决于复杂的成本和收益矩阵。这是一个推拉，取决于黄蜂在太空中的位置，以及抗性蚜虫是否比非抗性但繁殖能力更强的蚜虫具有优势。

内尔解释说，当蚜虫分散到田间的某个临界点时，所有田地的蚜虫都可能进化为对黄蜂完全抗性或不抗性。这可能导致遗传多样性的丧失、蚜虫种群的减少和寄生虫的潜在损失。但是，如果蚜虫以中等速度分散到不同黄蜂密度水平的地区，蚜虫会保持各种遗传多样性，使两个物种保持共存。生态和进化是稳定的。

不过，稳定不一定是目标，艾夫斯解释说。毕竟，对于大多数农民来说，蚜虫继续以农作物为食是不可取的。艾夫斯说，在生态系统的背景下描述这种跨空间和时间的关系，为害虫管理实践提供了宝贵的见解，它可以帮助农民为未来保护作物的最佳实践提供信息。

这项研究由美国国家科学基金会NSF DEB-1240804（Anthony Ives）和NSF DEB-1240892（Kerry M.Oliver）资助。