Un nuovo studio condotto da un gruppo di ricerca dell'Arizona State University ha scoperto che il cambiamento climatico aumenterà notevolmente l'intensità degli sciami di locuste, provocando la perdita ancora di più raccolti a causa degli insetti nocivi e una minaccia per la sicurezza alimentare.

Lo studio, recentemente pubblicato su Monografie ecologiche , delinea i risultati di considerevoli dati raccolti sulla fisiologia delle locuste sudamericane e dimostra che i modelli di distribuzione delle specie che considerano la fisiologia oltre alla temperatura possono rimodellare ciò che possiamo aspettarci di vedere mentre il cambiamento climatico continua.

"Un aspetto unico del nostro studio è che abbiamo combinato molti diversi approcci di ricerca, tra cui osservazioni sul campo, esperimenti di laboratorio e modelli computazionali", ha affermato Jacob Youngblood, recente dottorato di ricerca in biologia dell'ASU. laureato e primo autore dello studio.

"Per combinare questi approcci, abbiamo riunito un team eterogeneo di ricercatori, che comprendeva fisiologi, ecologisti, entomologi e agricoltori. La collaborazione con un team così diversificato ci ha permesso di studiare gli effetti del cambiamento climatico su molteplici aspetti della biologia delle locuste".

Il team internazionale comprendeva Youngblood e ricercatori della Global Locust Initiative dell'ASU:la professoressa assistente Arianne Cease, il professor Michael Angilletta del presidente e il professor Jon Harrison della School of Life Sciences e il post-dottorato Stav Talal del Global Institute of Sustainability and Innovation, oltre a innovatori e collaboratori in Sud America.

Antiche piaghe

Almeno dai tempi dei faraoni dell'antico Egitto nel 3200 a.C., le locuste hanno eruttato in enormi sciami che scendono sui raccolti e sulla vita vegetale, causando una devastazione quasi totale.

Perché questi sciami distruttivi si verificano improvvisamente?

Proprio come le persone, le locuste possono essere timide o socievoli. Per la maggior parte, le popolazioni di locuste possono trascorrere diverse stagioni in una popolazione a bassa densità, chiamata fase solitaria. Le locuste sono un criptico marrone o verde, timido, solitario e relativamente innocuo su scala economica globale. Tuttavia, quando le circostanze sono giuste, il numero di locuste aumenta fino al sovraffollamento, innescando un drastico passaggio a una fase gregaria:sociale, dai colori vivaci e in grado di formare sciami migratori di 80 milioni di locuste per chilometro quadrato.

Con ogni locusta che consuma fino a 2 grammi di vegetazione ogni giorno, uno sciame di queste dimensioni può viaggiare fino a 90 miglia al giorno, consumando la stessa quantità di cibo di 35.000 persone. Non c'è da stupirsi che siano considerati il ​​parassita più devastante del mondo.

Per aiutare a svelare le forze trainanti dietro gli sciami, il team ha studiato la fisiologia della locusta sudamericana (Schistocerca cancellata).

"Condurre la ricerca in Paraguay è stato davvero emozionante per me perché è stata la prima volta che ho visto epidemie di locuste di persona", ha detto Youngblood. "Vedere decine di migliaia di locuste insieme mi ha davvero fatto capire quanto possano essere un grosso problema le locuste per gli agricoltori locali e i gestori del territorio".

"La maggior parte della ricerca sulle locuste è stata eseguita su colonie che sono state allevate in laboratorio per anni, quindi la nostra ricerca è stata una rara opportunità per studiare le locuste focolai nel loro ambiente naturale. Questa opportunità non sarebbe stata possibile senza l'aiuto dei nostri colleghi in Argentina, Bolivia e Paraguay, che hanno gestito questi focolai negli ultimi sette anni", ha affermato.

Modellare il futuro

Per cercare di prevedere dove migreranno gli sciami e dove le colture saranno minacciate, gli scienziati utilizzano modelli di distribuzione delle specie, algoritmi informatici che prevedono la distribuzione di una specie in un'area geografica utilizzando dati ambientali.

La tecnica di modellazione più comune è stata quella dei modelli correlativi. Tuttavia, date le variabili sconosciute inerenti al cambiamento climatico globale, questo metodo ha perso la sua efficacia.

Il team di ricerca ha utilizzato un approccio di modellizzazione meccanicistica, raccogliendo dati sulla fisiologia delle locuste per informare il proprio modello. In questo caso, i ricercatori hanno misurato la velocità con cui le locuste digeriscono il cibo in ambienti diversi.

"Lo studio di Jacob è un bell'esempio, dimostrando che prevedere come gli animali risponderanno ai cambiamenti climatici e aiutare gli esseri umani a sopravvivere e prosperare nonostante i cambiamenti climatici richiederà studi approfonditi degli intricati meccanismi interni dei nostri compagni organismi biologici", ha affermato Professore SOLS Jon Harrison.

L'energia per sciamare

Un fattore chiave dei dati ambientali utilizzati per i modelli correlativi tradizionali è la temperatura, che ha un impatto importante sulle abitudini alimentari delle locuste.

Tuttavia, questi dati ambientali da soli non possono prevedere adeguatamente gli effetti del cambiamento climatico sulle popolazioni di locuste. Innanzitutto, le locuste possono esistere e mangiare in una varietà di temperature. E, come erbivori generalisti che possono percorrere lunghe distanze per il cibo prontamente disponibile, le locuste possono riempirsi lo stomaco di cibo più velocemente di quanto possano digerirlo.

Mentre le locuste possono e mangiano in un'ampia gamma di temperature, la temperatura ottimale per la digestione è molto più specifica.

Youngblood e i suoi soci hanno puntato su questo elemento come criterio decisivo per una fiorente popolazione di locuste che potrebbe provocare scenari di focolai.

Il team ha misurato il modo in cui le condizioni termiche hanno influenzato i tassi di alimentazione e digestione delle locuste catturate sul campo e ha utilizzato questi dati per modellare il guadagno di energia negli scenari climatici attuali e futuri. Successivamente, hanno stabilito questi nuovi dati come variabile predittiva per un nuovo modello di distribuzione delle specie che prevedeva la diffusione di focolai di locuste in più scenari.

Le loro previsioni mostrano che le locuste saranno in grado di assimilare molta più energia nei climi futuri rispetto ai climi attuali, tra l'8-17% in più di energia per stagione delle piogge rispetto a quella attuale, proporzionale a quanto è più caldo.

In genere, le locuste sudamericane completano solo due generazioni per stagione di crescita. Questa maggiore energia per stagione delle piogge causerebbe un accorciamento dei tempi di generazione e alimenterebbe la crescita della popolazione, portando a più sciami. I climi futuri e più caldi consentono alle popolazioni di crescere e svilupparsi più rapidamente, sostenendo più anni con tre generazioni per stagione e focolai più probabili.

Si prevede che anche le popolazioni migratrici di locuste sudamericane amplieranno il loro areale lontano dall'equatore a causa del cambiamento climatico. I modelli che considerano la fisiologia delle locuste in realtà prevedono un intervallo di espansione più piccolo rispetto ai tipici modelli correlativi, ma i modelli basati sulla fisiologia prevedono anche un aumento del tasso di crescita della popolazione, con conseguente danno alle colture ancora maggiore.

I modelli precedenti prevedevano che la perdita di raccolto da insetti nocivi sarebbe aumentata del 10-25% a causa del cambiamento climatico, ma gli scienziati non sapevano se queste previsioni fossero rilevanti per la locusta sudamericana. Il nuovo modello creato da Younglood corrispondeva ai modelli precedenti, prevedendo un aumento del 17% delle perdite di raccolto dalle locuste sudamericane.

"Climate change has become a keynote theme in scientific research literature," said collaborator Eduardo Trumper, of the National Agricultural Technology Institute in Argentina. "Plenty of it is correlational. The excitement of collaborating in this article stems from the exploration of likely mechanisms involved in the response of a high impact agricultural pest to warming."

"Together, this information should help farmers and governments plan ahead for the next outbreak," said Youngblood. "And although more research is needed, this physiological modeling approach could help predict outbreaks for other locust species too."

Global collaboration

This research is part of an ongoing partnership between ASU's Global Locust Initiative (GLI) and national plant protection organizations, farmers' groups, and universities in Argentina, Bolivia, and Paraguay, that started at the beginning of the South American Locust upsurge.

"Locusts are part of complex social-ecological-technological systems that require teams to work together across disciplines, sectors, and boundaries," said GLI Director, Arianne Cease.

In 2020, GLI led a stakeholder workshop in Argentina to bring diverse participants together to formalize what they experience on a daily basis as locust governance.

"All of these stakeholders and areas of expertise are critical," said Cease. "And understanding locust biology and being able to predict when and where outbreaks will occur is a key piece of the puzzle where we have surprisingly limited research globally, relative to the challenge. Jacob's collaborative work building these models is an important advancement for biology and food security." + Esplora ulteriormente

Examining why locusts form destructive swarms