Un nuevo estudio realizado por un equipo de investigación de la Universidad Estatal de Arizona descubrió que el cambio climático aumentará drásticamente la intensidad de los enjambres de langostas, lo que resultará en la pérdida de aún más cultivos por plagas de insectos y amenazará la seguridad alimentaria.
por la Universidad Estatal de Arizona
El estudio, publicado recientemente en Ecological Monographs , describe los resultados de una cantidad considerable de datos recopilados sobre la fisiología de las langostas sudamericanas y demuestra que los modelos de distribución de especies que consideran la fisiología además de la temperatura pueden remodelar lo que podemos esperar ver a medida que continúa el cambio climático.
«Un aspecto único de nuestro estudio es que combinamos muchos enfoques de investigación diferentes, que incluyen observaciones de campo, experimentos de laboratorio y modelado computacional «, dijo Jacob Youngblood, reciente doctorado en biología de ASU. graduado y primer autor del estudio.
«Para combinar estos enfoques, reunimos un equipo diverso de investigadores, que incluía fisiólogos, ecólogos, entomólogos y agricultores. Colaborar con un equipo tan diverso nos permitió estudiar los efectos del cambio climático en múltiples aspectos de la biología de la langosta».
El equipo internacional incluyó a Youngblood e investigadores de la Iniciativa Global Locust de ASU: la profesora asistente Arianne Cease, el profesor del presidente Michael Angilletta y el profesor Jon Harrison de la Facultad de Ciencias de la Vida, y el postdoctorado Stav Talal del Instituto Global de Sostenibilidad e Innovación, así como innovadores y colaboradores en América del Sur.
plagas de antaño
Desde al menos los días de los faraones del antiguo Egipto en el año 3200 a. C., las langostas han estallado en enormes enjambres que descienden sobre los cultivos y la vida vegetal, causando una devastación casi total.
¿Por qué estos enjambres destructivos ocurren repentinamente?
Al igual que las personas, las langostas pueden ser tímidas o sociables. En su mayor parte, las poblaciones de langostas pueden pasar varias temporadas en una población de baja densidad, llamada fase solitaria. Las langostas son de un marrón o verde críptico: tímidas, solitarias y relativamente inofensivas a escala económica mundial. Sin embargo, cuando las circunstancias son las adecuadas, el número de langostas aumenta hasta el hacinamiento, lo que desencadena un cambio drástico a una fase gregaria: social, de colores brillantes y capaz de formar enjambres migratorios de 80 millones de langostas por kilómetro cuadrado.
Con cada langosta consumiendo hasta 2 gramos de vegetación por día, un enjambre de este tamaño puede viajar hasta 90 millas por día, consumiendo la misma cantidad de comida que 35.000 personas. No es de extrañar que se les considere la plaga más devastadora del mundo.
Para ayudar a desentrañar las fuerzas impulsoras detrás de los enjambres, el equipo estudió la fisiología de la langosta sudamericana (Schistocerca cancellata).
«Realizar la investigación en Paraguay fue realmente emocionante para mí porque fue la primera vez que vi en persona brotes de langostas», dijo Youngblood. «Ver decenas de miles de langostas juntas realmente me hizo darme cuenta de cuán grande puede ser el problema de las langostas para los agricultores locales y los administradores de tierras».
«La mayor parte de la investigación sobre langostas se ha realizado en colonias que se han criado en el laboratorio durante años, por lo que nuestra investigación fue una oportunidad única para estudiar los brotes de langostas en su entorno natural. Esta oportunidad no habría sido posible sin la ayuda de nuestros colegas en Argentina, Bolivia y Paraguay, que han estado manejando estos brotes durante los últimos siete años”, dijo.
Modelando el futuro
Para tratar de predecir hacia dónde migrarán los enjambres y dónde se verán amenazados los cultivos, los científicos utilizan modelos de distribución de especies: algoritmos informáticos que predicen la distribución de una especie en un área geográfica utilizando datos ambientales.
La técnica de modelado más común han sido los modelos correlativos. Sin embargo, dadas las variables desconocidas inherentes a un clima global cambiante, este método ha perdido su eficacia.
El equipo de investigación empleó un enfoque de modelado mecanicista, recopilando datos sobre la fisiología de la langosta para informar su modelo. En este caso, los investigadores midieron la rapidez con la que las langostas digieren los alimentos en diferentes entornos.
«El estudio de Jacob es un hermoso ejemplo, que demuestra que predecir cómo responderán los animales al cambio climático y ayudar a los humanos a sobrevivir y prosperar a pesar del cambio climático requerirá estudios en profundidad del intrincado funcionamiento interno de nuestros compañeros organismos biológicos», dijo. Profesor de SOLS Jon Harrison.
La energía para enjambrar
Un factor clave de los datos ambientales utilizados para los modelos correlativos tradicionales es la temperatura, que tiene un gran impacto en los hábitos alimenticios de las langostas.
Sin embargo, estos datos ambientales por sí solos no pueden predecir adecuadamente los efectos del cambio climático en las poblaciones de langostas. Primero, las langostas pueden existir y comer en una variedad de temperaturas. Y, como herbívoros generalistas que pueden viajar largas distancias en busca de alimentos fácilmente disponibles, las langostas pueden llenar sus estómagos con alimentos más rápido de lo que pueden digerirlos.
Si bien las langostas pueden comer y comerán en una amplia gama de temperaturas, la temperatura óptima para la digestión es mucho más específica.
Youngblood y sus asociados se centraron en este elemento como un criterio decisivo para una población de langostas próspera que probablemente resulte en escenarios de brotes.
El equipo midió cómo las condiciones térmicas afectaron las tasas de alimentación y digestión de las langostas capturadas en el campo, y utilizó estos datos para modelar la ganancia de energía en los escenarios climáticos actuales y futuros. Luego, establecieron estos nuevos datos como una variable predictiva para un nuevo modelo de distribución de especies que predijo la propagación de brotes de langostas en múltiples escenarios.
Sus predicciones muestran que las langostas podrán asimilar mucha más energía en climas futuros que en climas actuales, entre un 8 y un 17 % más de energía por temporada de lluvias que en la actualidad, proporcional a cuánto más cálido es.
Por lo general, las langostas sudamericanas solo completan dos generaciones por temporada de crecimiento. Este aumento de energía por temporada de lluvias provocaría una reducción de los tiempos de generación y estimularía el crecimiento de la población, lo que generaría más enjambres. Los climas más cálidos del futuro permitirán que las poblaciones crezcan y se desarrollen más rápido, soportando más años con tres generaciones por temporada y más probabilidades de brotes.
También se espera que las poblaciones migratorias de langostas sudamericanas amplíen su rango lejos del ecuador debido al cambio climático. Los modelos que consideran la fisiología de la langosta en realidad predicen un rango de expansión más pequeño que los modelos correlativos típicos, pero los modelos basados en la fisiología también predicen un aumento en la tasa de crecimiento de la población, lo que resulta en un daño aún mayor a los cultivos.
Los modelos anteriores predijeron que la pérdida de cultivos por plagas de insectos aumentaría entre un 10 y un 25 % con el cambio climático, pero los científicos no sabían si estas predicciones eran relevantes para la langosta sudamericana. El nuevo modelo creado por Younglood coincidió con los modelos anteriores, prediciendo un aumento del 17% en las pérdidas de cultivos por las langostas sudamericanas.
“El cambio climático se ha convertido en un tema central en la literatura de investigación científica”, dijo el colaborador Eduardo Trumper, del Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria de Argentina. «Gran parte es correlacional. La emoción de colaborar en este artículo proviene de la exploración de los posibles mecanismos involucrados en la respuesta de una plaga agrícola de alto impacto al calentamiento».
«Juntos, esta información debería ayudar a los agricultores y los gobiernos a planificar con anticipación el próximo brote», dijo Youngblood. «Y aunque se necesita más investigación, este enfoque de modelado fisiológico también podría ayudar a predecir brotes para otras especies de langostas».
Colaboración mundial
Esta investigación es parte de una asociación en curso entre la Iniciativa Global contra la Langosta (GLI, por sus siglas en inglés) de ASU y las organizaciones nacionales de protección de plantas, grupos de agricultores y universidades en Argentina, Bolivia y Paraguay, que comenzó al comienzo del aumento de langostas en América del Sur.
«Las langostas son parte de complejos sistemas sociales, ecológicos y tecnológicos que requieren que los equipos trabajen juntos a través de disciplinas, sectores y fronteras», dijo la directora de GLI, Arianne Cease.
En 2020, GLI dirigió un taller de partes interesadas en Argentina para reunir a diversos participantes para formalizar lo que experimentan a diario como gobernanza de langostas.
«Todas estas partes interesadas y áreas de especialización son críticas», dijo Cease. «Y comprender la biología de las langostas y poder predecir cuándo y dónde ocurrirán los brotes es una pieza clave del rompecabezas en el que tenemos una investigación sorprendentemente limitada a nivel mundial, en relación con el desafío. El trabajo colaborativo de Jacob para construir estos modelos es un avance importante para la biología y los alimentos. seguridad.»
Más información: Jacob P. Youngblood et al, Se espera que el cambio climático mejore la tasa digestiva y desencadene la expansión del rango en brotes de langostas,
Monografías ecológicas (2022). DOI: 10.1002/ecm.1550
