Svärmar av myggor stiger upp ur en sjö på norra Island i så enorma mängder varje vår och sommar att de kan försämra andningen och göra himlen mörkare, ger sjön dess namn — Myvatn, eller "mygga sjö".

Ekologer vid University of Wisconsin–Madison försöker förstå varför myggpopulationen kan fluktuera med 100, 000 gånger under ett decennium, och vilken inverkan dessa massiva svärmar har på det omgivande landskapet. Det blir tydligt att de miljarder myggor som faller på land gödslar och förändrar växtligheten vid sjön, men orsaken bakom så stora fluktuationer i insekternas population förblir ett mysterium.

Forskningen syftar till att bättre förstå sjödominerade miljöer, inklusive Wisconsin.

Lake Myvatn ligger vid kanten av polcirkeln, där solen knappt går ner under sommarens fältarbete från maj till augusti. Ekosystemet är extremt, men ändå enkel – ett relativt litet antal arter, som myggorna, dominera. Denna bar-bone miljö är perfekt för att utforska komplexa interaktioner inom ekosystem.

Under 2005, när Claudio Gratton, en UW–Madison professor i entomologi, såg först det enorma antalet myggor stiga upp ur sjön och dö på land, han tänkte på dem som en levande överföring av näringsämnen från vatten till strand. Gratton beräknade att myggorna var den näringsmässiga motsvarigheten till att sprida en halv miljon Big Macs runt kanten av sjön, som är ungefär lika stor som Lake Mendota i Madison. Han undrade hur sjön reagerade på denna näringsmässiga överflöd.

För att testa hur myggorna förändrar landskapet, Grattons laboratorium satte upp försöksplatser i vegetationen runt sjön. I vissa, de lade till döda myggor; i andra, de använde nät för att utesluta dem.

Över åren, Grattons team såg att där de lade till myggor, gräset blomstrade. Normalt svälter de på näringsämnen i den magra jorden och utkonkurreras av hjärtligare växter, gräset tog fart som svar på inflödet av gödselmedel för ruttnande myggor. Forskningen förklarade varför gräs växte i vissa områden och vissnade i andra.

"Endast genom att förstå kopplingen mellan myggor och gräs kan du förklara detta mönster i naturen, " säger Gratton. "Sjön får det att hända."

Lokala herdar har länge kallat gräset i midge-angripna områden för "myggräs" - de skördar gräset och matar det till sina flockar. Grattons arbete antydde att herdarnas folklore innehöll en kärna av sanning, och att myggor indirekt kan ge näring åt fåren genom att uppmuntra mer grästillväxt.

Gratton introducerades ursprungligen till sjön Myvatn av Tony Ives, en UW–Madison professor i zoologi, som har en livslång anknytning till ön.

"Jag har åkt till Island sedan jag var liten, säger Ives, vars mellannamn, Ragnar, gavs till honom för att hedra en isländsk bonde och vän till sin far.

Ives lärde sig om de oförutsägbara och stora svängningarna i muggbeståndet genom Arni Einarsson, chefen för sjön Myvatn forskningsstation, som har studerat sjön sedan 1970-talet.

I en artikel från 2008 i tidskriften Natur , Ives, Einarsson och deras medarbetare lade fram en enkel matematisk ram som kan förklara hur myggpopulationen ökar och kraschar så dramatiskt och oförutsägbart. De föreslog att små, slumpmässiga miljöförändringar – för mycket vind ett år, eller en sen vår nästa — kan få befolkningen att krascha. Men de verkliga orsakerna till denna hårtriggerkänslighet förblir svårfångade.

Under de nio åren sedan, teamet har letat efter ledtrådar som kan hjälpa dem att förstå befolkningsförändringarna bättre. Varje år, de mäter vattenkvaliteten, näringsämneskoncentrationer, och mängden sjöbäddsalger bland andra faktorer som kan påverka insekterna. Sedan väntar de på myggorna.

"Varje år runt den här tiden börjar jag hålla andan, " undrar hur den dynamiska midgepopulationen kommer att reagera på våren, säger Ives. "Det är ungefär som långsam spänning."

Stöds av ett 10-årigt anslag från National Science Foundation för långsiktig forskning, Ives och hans medarbetare väntar på att det naturliga experimentet ska fortsätta genom en hel befolkningsboom och byst. Det här året, forskarna kan se befolkningen krascha – men de vet inte.

När ekologerna arbetar för att bättre förstå ekosystemet i sjön Myvatn, de utökar också sina studier till det sjöfyllda Wisconsin-landskapet. Gratton och UW–Madison postdoktor Mireia Bartrons, nu vid University of Vic i Spanien, utvecklat en modell för hur insektsuppkomster från Wisconsinsjöar påverkar sjönära ekosystem. Med mer än 15, 000 sjöar och 34 procent av staten som ligger inom 200 meter från en sjö eller bäck, forskarna förväntar sig att vatteninsekter kommer att påverka en stor del av staten.

Gratton ser ekosystem, oavsett om det är på Island eller den amerikanska mellanvästern, som en sammanvävd gobeläng av interaktioner snarare än isolerade fläckar av land eller vatten.

"Landets karaktär skulle förändras utan dessa sjöar, " säger Gratton. "Våra landskap är helt sammanlänkade."