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.

El estudio, publicado recientemente en Monografías Ecológicas , 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, incluidas 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 Sudamérica.

Plagas de antaño

Desde por lo 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 global. 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 del enjambre

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.

"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." + Explora más

Examining why locusts form destructive swarms