Um novo estudo realizado por uma equipe de pesquisa da Universidade Estadual do Arizona descobriu que as mudanças climáticas aumentarão drasticamente a intensidade dos enxames de gafanhotos, resultando em ainda mais colheitas perdidas por pragas de insetos e ameaçando a segurança alimentar.
O estudo, publicado recentemente em Monografias Ecológicas , descreve os resultados de dados consideráveis ​​coletados sobre a fisiologia dos gafanhotos da América do Sul e demonstra que os modelos de distribuição de espécies que consideram a fisiologia além da temperatura podem reformular o que podemos esperar ver à medida que as mudanças climáticas continuam.

"Um aspecto único do nosso estudo é que combinamos muitas abordagens de pesquisa diferentes, incluindo observações de campo, experimentos de laboratório e modelagem computacional", disse Jacob Youngblood, recente ASU Biology Ph.D. graduado e primeiro autor do estudo.

"Para combinar essas abordagens, reunimos uma equipe diversificada de pesquisadores, que incluía fisiologistas, ecologistas, entomologistas e agricultores. Colaborar com uma equipe tão diversificada nos permitiu estudar os efeitos das mudanças climáticas em vários aspectos da biologia dos gafanhotos".

A equipe internacional incluiu Youngblood e pesquisadores da Global Locust Initiative da ASU:a professora assistente Arianne Cease, o professor presidente Michael Angilletta e o professor Jon Harrison da School of Life Sciences, e o pós-doutorando Stav Talal do Global Institute of Sustainability and Innovation, além de inovadores e colaboradores na América do Sul.

Pragas antigas

Desde pelo menos os dias dos faraós do antigo Egito em 3.200 a.C., os gafanhotos estão em erupção em enormes enxames que descem sobre as plantações e plantas, causando uma devastação quase total.

Por que esses enxames destrutivos ocorrem de repente?

Assim como as pessoas, os gafanhotos podem ser tímidos ou gregários. Na maioria das vezes, as populações de gafanhotos podem passar várias temporadas em uma população de baixa densidade, chamada de fase solitária. Os gafanhotos são de um marrom ou verde enigmático – tímidos, solitários e relativamente inofensivos em escala econômica global. No entanto, quando as circunstâncias são adequadas, o número de gafanhotos aumenta para a superlotação, desencadeando uma mudança drástica para uma fase gregária – social, colorida e capaz de formar enxames migratórios de 80 milhões de gafanhotos por quilômetro quadrado.

Com cada gafanhoto consumindo até 2 gramas de vegetação todos os dias, um enxame desse tamanho pode viajar até 90 milhas por dia, consumindo a mesma quantidade de comida que 35.000 pessoas. Não é à toa que eles são considerados a praga mais devastadora do mundo.

Para ajudar a desvendar as forças motrizes por trás dos enxames, a equipe estudou a fisiologia do gafanhoto sul-americano (Schistocerca cancellata).

“Conduzir a pesquisa no Paraguai foi realmente emocionante para mim, porque foi a primeira vez que vi surtos de gafanhotos pessoalmente”, disse Youngblood. “Ver dezenas de milhares de gafanhotos juntos realmente me fez perceber o quão grande os gafanhotos podem ser um problema para os agricultores e administradores de terras locais”.

"A maioria das pesquisas sobre gafanhotos foi realizada em colônias que foram criadas em laboratório por anos, então nossa pesquisa foi uma rara oportunidade de estudar gafanhotos em surto em seu ambiente natural. Esta oportunidade não teria sido possível sem a ajuda de nossos colegas em Argentina, Bolívia e Paraguai, que gerenciam esses surtos nos últimos sete anos", disse ele.

Modelando o futuro

Para tentar prever para onde os enxames migrarão e para onde as plantações serão ameaçadas, os cientistas usam modelos de distribuição de espécies – algoritmos de computador que preveem a distribuição de uma espécie em uma área geográfica usando dados ambientais.

A técnica de modelagem mais comum tem sido os modelos correlativos. No entanto, dadas as variáveis ​​desconhecidas inerentes a um clima global em mudança, esse método perdeu sua eficácia.

A equipe de pesquisa empregou uma abordagem de modelagem mecanicista, reunindo dados sobre a fisiologia dos gafanhotos para informar seu modelo. Nesse caso, os pesquisadores mediram a rapidez com que os gafanhotos digerem os alimentos em diferentes ambientes.

“O estudo de Jacob é um belo exemplo, demonstrando que prever como os animais responderão às mudanças climáticas e ajudar os humanos a sobreviver e prosperar apesar das mudanças climáticas exigirá estudos aprofundados do intrincado funcionamento interno de nossos companheiros organismos biológicos”, disse Professor da SOLS Jon Harrison.

A energia para enxamear

Um fator chave dos dados ambientais usados ​​para modelos correlativos tradicionais é a temperatura, que tem grandes impactos nos hábitos alimentares dos gafanhotos.

No entanto, esses dados ambientais por si só não podem prever adequadamente os efeitos das mudanças climáticas nas populações de gafanhotos. Primeiro, os gafanhotos podem existir e comer em uma variedade de temperaturas. E, como herbívoros generalistas que podem viajar longas distâncias para obter alimentos prontamente disponíveis, os gafanhotos podem encher seus estômagos com alimentos mais rápido do que podem digeri-los.

Embora os gafanhotos possam comer em uma ampla gama de temperaturas, a temperatura ideal para a digestão é muito mais específica.

Youngblood e seus associados se concentraram nesse elemento como um critério decisivo para uma próspera população de gafanhotos que provavelmente resultaria em cenários de surtos.

A equipe mediu como as condições térmicas afetaram as taxas de alimentação e digestão de gafanhotos capturados em campo e usou esses dados para modelar o ganho de energia nos cenários climáticos atuais e futuros. Em seguida, eles estabeleceram esses novos dados como uma variável preditiva para um novo modelo de distribuição de espécies que previu a propagação de surtos de gafanhotos em vários cenários.

Suas previsões mostram que os gafanhotos serão capazes de assimilar muito mais energia em climas futuros do que nos climas atuais, entre 8-17% mais energia por estação chuvosa do que atualmente, proporcional ao quanto mais quente estiver.

Normalmente, os gafanhotos sul-americanos completam apenas duas gerações por estação de crescimento. Esse aumento de energia por estação chuvosa causaria um encurtamento dos tempos de geração e alimentaria o crescimento da população, levando a mais enxames. Futuros, climas mais quentes permitem que as populações cresçam e se desenvolvam mais rapidamente, suportando mais anos com três gerações por estação e surtos mais prováveis.

As populações migratórias de gafanhotos sul-americanos também devem expandir seu alcance para longe do equador devido às mudanças climáticas. Os modelos que consideram a fisiologia dos gafanhotos na verdade preveem uma faixa menor de expansão do que os modelos correlativos típicos, mas os modelos baseados na fisiologia também preveem um aumento na taxa de crescimento populacional, resultando em danos ainda maiores às culturas.

Modelos anteriores previam que a perda de colheitas por pragas de insetos aumentaria de 10 a 25% sob as mudanças climáticas, mas os cientistas não sabiam se essas previsões eram relevantes para o gafanhoto sul-americano. O novo modelo criado por Younglood correspondeu aos modelos anteriores, prevendo um aumento de 17% nas perdas de colheita de gafanhotos sul-americanos.

“As mudanças climáticas se tornaram um tema-chave na literatura de pesquisa científica”, disse o colaborador Eduardo Trumper, do Instituto Nacional de Tecnologia Agropecuária da 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." + Explorar mais

Examining why locusts form destructive swarms