Estudio de la respuesta de los insectos a cambios climáticos a corto plazo
El proyecto CLIMINSECTS (The effect of expected climate change on insect performance: physiology, behaviour and life history) surgió a partir de la observación de que los insectos presentan una gran adaptabilidad al cambio climático. A diferencia de los mamíferos y las aves, la eficacia de los insectos puede verse afectada incluso por la rápida variabilidad de los factores climáticos (cambios súbitos y a corto plazo en la temperatura). Esto significa que los cambios anuales o mensuales descritos comúnmente en otros estudios son en gran medida irrelevantes en el caso de los insectos. El Dr. Inon Scharf, que coordina el proyecto en la Universidad de Tel Aviv, habla sobre los resultados preliminares de su investigación con escarabajos de la harina, insectos recolectados por la universidad durante los últimos cien años, y con otras especies de insectos depredadores, estudiados previamente por su grupo en otros proyectos. ¿Por qué es tan importante disponer de más información sobre los efectos de la variabilidad ambiental en los insectos? La variabilidad es muy importante por diferentes razones. En primer lugar, el calentamiento global se manifiesta no solo como un aumento de la temperatura media anual, sino también como un aumento de la frecuencia de episodios climáticos extremos como las olas de calor. Por tanto, es muy importante estudiar cómo un cambio repentino en la temperatura, incluso por un periodo de tiempo muy corto, afecta a la eficacia de los insectos. En segundo lugar, los insectos experimentan cambios diarios de la temperatura, algunas veces durante un periodo de tiempo muy corto, así que las temperaturas medias anuales o incluso mensuales, que normalmente son empleadas en este tipo de estudios, podrían tener una menor importancia en el caso de los insectos. Por último, los insectos tienen una esperanza de vida menor que la mayoría de animales vertebrados y, por tanto, incluso episodios climáticos extremos relativamente cortos pueden tener consecuencias relevantes en la eficacia y la respuesta de los insectos. La variabilidad de los rasgos de respuesta también es muy importante. Desde hace mucho tiempo, los ecólogos han estado interesados principalmente en las respuestas medias a diferentes factores y han tratado la variabilidad en las variables respuesta como información irrelevante. Sin embargo, esta variabilidad es muy significativa a la hora de tratar de comprender el potencial para el cambio evolutivo. Cuando se analizan repetidamente las respuestas de los individuos, no es trivial determinar si estas respuestas son repetibles y hasta qué punto lo son (por ejemplo, respondiendo siempre mejor o peor que la media), si las hembras y los machos exhiben respuestas parecidas y cómo la edad y los factores estresantes que afectan a poblaciones o individuos inducen esta variabilidad. ¿Cuáles fueron los tipos principales de efectos que investigó y por qué? Nos planteamos tres preguntas fundamentales: ¿Cuál es la capacidad de los insectos para tolerar temperaturas cálidas o frías desfavorables cuando se someten al mismo tiempo a otras fuentes de estrés como la inanición y la senectud? ¿Cómo afecta la exposición a diferentes temperaturas cuando son larvas o adultos a su tolerancia al frío intenso o al choque térmico, a su supervivencia bajo condiciones de baja disponibilidad de recursos tróficos y a su reproducción, y cómo afecta el estrés térmico reiterado a la eficacia de los insectos? ¿Es la reducción del tamaño corporal de los insectos una posible respuesta al cambio climático actual? Responder la primera pregunta es muy importante, ya que los insectos viven en entornos complejos y tienen que hacer frente simultáneamente a múltiples fuentes de estrés. Estudiar hasta qué punto son capaces de hacer frente al estrés térmico es necesario para comprender mejor el rango de las respuestas a condiciones climáticas desfavorables, que también depende de otros factores ecológicos. Esto también es relevante para comprender cómo los animales consiguen equilibrar diferentes necesidades. La segunda pregunta surge debido a que la exposición térmica durante diferentes etapas de la vida puede dar lugar a resultados distintos. Aunque la exposición leve a temperaturas desfavorables durante la etapa adulta conduce frecuentemente a una aclimatación beneficiosa a temperaturas extremas, la exposición a temperaturas desfavorables durante la etapa de crecimiento es menos probable que tenga un efecto beneficioso. Esta cuestión es importante no solo en el contexto del cambio climático, sino también para comprender si algunas etapas del ciclo biológico son más críticas que otras. Respecto a la tercera pregunta, actualmente muchos investigadores creen que el tamaño corporal disminuye en respuesta al calentamiento global, aunque muchos otros dudan de que esta respuesta sea general y universal. Esta reducción del tamaño corporal se ha estudiado en mamíferos y aves, sin embargo se sabe muy poco o casi nada sobre esta cuestión en los insectos, a pesar de que la mayor parte de la biomasa y del número de especies terrestres son insectos. ¿Qué pasos siguió para proceder a responder estas preguntas? En primer lugar, desarrollamos en el laboratorio un sistema experimental fundamentado en los escarabajos de la harina. Estos son insectos plaga comunes que aparecen en lugares donde se almacenan alimentos, principalmente en países en desarrollo, que son fáciles de criar y mantener en el laboratorio. Su ciclo vital es corto y permite una adaptación y respuesta relativamente rápidas a cambio ambientales y, además, son ectotermos, es decir, se ven más afectados por las condiciones climáticas externas que los endotermos, que regulan su temperatura corporal. Criamos los escarabajos bajo diferentes condiciones térmicas, evaluando diferentes respuestas comportamentales, fisiológicas y de estrategias vitales, manteniéndolos hasta la senectud, sometiéndolos a inanición e induciendo un estrés térmico recurrente. El objetivo era estudiar el efecto de todos estos factores sobre la tolerancia térmica y otros rasgos relacionados con la eficacia ecofisiológica, tales como la actividad, el apareamiento, la reproducción y la supervivencia. Además de estos experimentos de laboratorio, tuvimos acceso a la gran colección entomológica de la Universidad de Tel Aviv (parte del Museo de Historia Natural Steinhardt), que alberga unos cuantos millones de especímenes recolectados durante los últimos cien años, más o menos. Esta colección nos permitió estudiar la posible reducción del tamaño corporal en respuesta al cambio climático. Finalmente, modificamos los proyectos en marcha en el laboratorio, principalmente con insectos depredadores como la hormiga león y el gusano león que emplean trampas para cazar, con el objetivo de tener en cuenta aspectos relacionados con la ecología térmica. En concreto, comparamos el comportamiento (por ejemplo, canibalismo) de insectos procedentes de diferentes regiones climáticas de Israel. En este contexto, estábamos especialmente interesados en determinar cómo afecta el clima al comportamiento en general. ¿Qué destacaría de su investigación hasta la fecha como los resultados más importantes obtenidos? Fuimos capaces de comprobar que la tolerancia térmica de los insectos disminuye con la edad y el grado de inanición. El efecto de la inanición es, sin embargo, reversible. Entonces, nos dimos cuenta de que la temperatura durante la etapa de crecimiento y la etapa adulta tiene efectos diferentes y, algunas veces, efectos contrapuestos sobre la tolerancia térmica. Un tercer descubrimiento es que el estrés térmico reiterado en el laboratorio hace que los insectos entren en una especie de modo resiliente de ahorro de energía, con una menor actividad y reproducción pero con una mayor tolerancia frente a un estrés posterior. Este es un efecto que los padres sometidos a un estrés recurrente transmiten a sus descendientes, que son ligeramente más pequeños. Finalmente, el análisis de los especímenes recolectados durante más de cien años revela que el tamaño corporal de los insectos, a diferencia de los mamíferos y las aves, probablemente no disminuye en respuesta al cambio climático actual. No logramos detectar ninguna disminución del tamaño corporal en los escarabajos y concluimos que esta regla, aunque válida para los mamíferos y las aves, no se cumple en los escarabajos y, probablemente, tampoco en otros insectos. En este sentido, es posible que sea muy fuerte la plasticidad fenotípica de los insectos —es decir, la capacidad para expresar diferentes fenotipos por el mismo genotipo y el efecto de factores ambientales circundantes—y, por tanto, reduzca por completo los efectos potenciales del cambio climático. A juzgar por los resultados de este proyecto, ¿cómo cree que evolucionarán los insectos frente al cambio climático y cuáles serán las consecuencias? Es difícil de decir. Nos centramos principalmente en las respuestas fenotípicas inmediatas al cambio climático. Creo que nuestro trabajo demuestra, en gran medida, cómo de adaptables son los insectos a la hora de hacer frente a cambios y que las condiciones a corto plazo pueden surtir efectos relevantes y diversos. Mi predicción es que los insectos son más resistentes de lo que parecen a primera vista y que sobrevivirán bastante bien gracias a su gran plasticidad. Otros investigadores incluso predicen un aumento de la eficacia de los insectos, ya que las plantas estarán sometidas a un mayor estrés y producirán una menor cantidad de compuestos bioquímicos para protegerse frente al ataque de los insectos que se alimentan de ellas. Esto podría tener consecuencias muy graves en cuanto a las plagas y la agricultura. En términos generales, y sin un vínculo directo con nuestra investigación, los efectos del cambio climático sobre los insectos podrían tener repercusiones importantes respecto a la fenología, es decir, la sincronización temporal entre la floración de las plantas y la llegada de sus insectos polinizadores, afectando de manera negativa no solo a ambos organismos, sino también al rango de distribución geográfica de diferentes especies. Obviamente, las especies más amenazadas son aquellas que presentan un rango de distribución más pequeño, aquellas con una menor capacidad de dispersión o aquellas que habitan en regiones más frías. Estas últimas no tienen dónde huir, mientras que las especies que viven en regiones cálidas podrían migrar a zonas que previamente eran demasiado frías para ellas. Curiosamente, los insectos crecen más rápidamente a temperaturas más altas, y el aumento de las temperaturas permitirá a los insectos invadir hábitats que actualmente no son adecuados para el establecimiento de sus poblaciones. CLIMINSECTS Financiado con arreglo a FP7-PEOPLE Página web del proyecto en CORDIS
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Israel