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Studiare la risposta degli insetti agli eventi climatici di breve termine

Lo studio della risposta degli organismi viventi al cambiamento climatico è essenziale di fronte a quella che sembra sempre di più una tendenza irreversibile. Tuttavia, a differenza di altre specie che hanno attirato una grande attenzione scientifica, gli insetti sembrano essere stati dimenticati. Un progetto dell’UE sta cercando di colmare questa lacuna nella conoscenza prendendo in considerazione le caratteristiche specifiche degli insetti.
Studiare la risposta degli insetti agli eventi climatici di breve termine
Il progetto CLIMINSECTS (The effect of expected climate change on insect performance: physiology, behaviour and life history) era nato dall’osservazione che gli insetti mostrano delle risposte molto flessibili al cambiamento climatico.

A differenza dei mammiferi o degli uccelli, gli insetti possono vedere le loro prestazioni che vengono influenzate persino dai cambiamenti più improvvisi e a breve termine nella temperatura, noti anche come varianza dei tratti climatici. Questo significa che i cambiamenti annuali o mensili a cui si riferiscono comunemente gli altri studi sono per lo più irrilevanti nel caso degli insetti.

Il dott. Inon Scharf, che coordina il progetto all’Università di Tel Aviv, discute i primi risultati del suo studio relativo al tribolio delle farine, insetti raccolti dall’università nel corso degli ultimi 100 anni, e altre specie di insetti predatori, già studiate in laboratorio nell’ambito di altri progetti.

Perché è così importante capire meglio gli effetti della varianza ambientale sugli insetti?

La varianza è estremamente importante per differenti ragioni. In primo luogo, il riscaldamento globale è espresso non solo come un incremento nella temperatura media annuale, ma anche come un incremento nella frequenza di eventi estremi, come ad esempio le ondate di calore. Risulta quindi importante studiare come un cambiamento improvviso nella temperatura, persino per un periodo di tempo limitato, influisce sulle prestazioni degli insetti.

In secondo luogo, gli insetti subiscono dei cambiamenti quotidiani nella temperatura, a volte in un periodo di tempo molto breve, quindi le temperature annuali o persino mensili, a cui solitamente ci si riferisce in questi studi, possono essere poco pertinenti. In terzo luogo, gli insetti hanno una durata della vita più breve rispetto alla maggior parte dei vertebrati, e di conseguenza persino degli eventi estremi relativamente brevi possono avere delle conseguenze significative per le prestazioni e la risposta degli insetti.

Anche la varianza dei tratti di risposta è importante. Per lungo tempo gli ecologisti si sono interessati principalmente alle risposte tipiche a differenti fattori, e hanno trattato la varianza nelle variabili di risposta come “rumore”. Tuttavia, questa varianza è molto importante quando si cerca di comprendere il potenziale relativo al cambiamento evoluzionale. Quando gli individui vengono testati parecchie volte, non è irrilevante se e in quale misura essi sono ripetibili nella loro risposta (per esempio, rispondono sempre meglio o peggio rispetto alla media), se femmine e maschi hanno risposte simili, e in che modo età e fattori di stress subiti da gruppi di individui inducono una tale varianza.

Quali sono stati i principali tipi di effetti che avete studiato e perché?

Ci siamo posti tre domande: Come viene influenzata la capacità degli insetti di tollerare temperature sfavorevoli calde o fredde da altre fonti di stress, come ad esempio l’inedia e l’età avanzata? Come influisce l’esposizione a differenti temperature come larve e come adulti su tolleranza degli insetti a shock termici estremi freddi e caldi, sopravvivenza all’inedia e riproduzione, e in che modo uno stress termico ripetuto influisce sulle prestazioni dell’insetto? Le dimensioni del corpo degli insetti diminuiscono come possibile risposta al riscaldamento globale in corso?

Rispondere alla prima domanda è importante perché gli insetti vivono in ambienti complessi e devono fare i conti simultaneamente con multiple fonti di stress. Studiare quanto bene essi resistono allo stress termico è importante per comprendere meglio la gamma di risposte alle condizioni climatiche sfavorevoli, che dipende anche da altri aspetti ambientali. Questo è anche importante per comprendere come gli animali trovano un compromesso tra differenti domande.

La seconda domanda è emersa poiché l’esposizione termica durante differenti fasi della vita può portare a esiti differenti. Anche se un’esposizione lieve a temperature sfavorevoli durante la fase adulta spesso porta a un acclimatamento favorevole a temperature più rigide, l’esposizione a temperature sfavorevoli durante la fase della crescita è meno probabile che abbia un effetto benefico. Questa domanda è importante non solo nel contesto del cambiamento climatico ma anche per comprendere se alcune fasi della vita siano più fondamentali rispetto ad altre.

Riguardo alla terza domanda, molti ricercatori attualmente ritengono che le dimensioni del corpo diminuiscono in risposta al riscaldamento globale, mentre altri dubitano che la risposta sia generale e universale. Questa riduzione è stata studiata in mammiferi e uccelli, ma non si sa quasi nulla riguardo agli insetti, nonostante il fatto che la maggior parte della biomassa terrestre e moltissime specie siano insetti.

Come avete proceduto per rispondere a queste domande?

Per prima cosa, abbiamo creato un sistema di triboli delle farine in laboratorio. Si tratta di comuni insetti infestanti che si trovano nei depositi alimentari, soprattutto nel mondo in via di sviluppo, che sono facili da allevare e tenere in laboratorio. Il loro breve tempo di generazione consente un adattamento e una risposta veloci al cambiamento ambientale ed essi sono anche ectotermi: essi sono quindi colpiti dal clima in misura maggiore rispetto agli endotermi, che regolano la propria temperatura corporea. Abbiamo allevato i coleotteri in differenti condizioni termiche, testando varie risposte comportamentali, fisiologiche e del ciclo riproduttivo, tenendoli fino all’età avanzata, affamandoli e inducendo ripetuti stress termici. Il punto era quello di studiare l’effetto di tutto questo sulla tolleranza termica e su altri tratti collegati alle prestazioni ecofisiologiche, come ad esempio attività, rituale di accoppiamento, riproduzione e sopravvivenza.

In aggiunta a questi esperimenti in laboratorio, abbiamo anche ottenuto l’accesso alla grande raccolta di insetti dell’Università di Tel Aviv (parte del museo Steinhardt di storia naturale), con alcuni milioni di campioni raccolti nel corso degli ultimi 100 anni circa. Questa raccolta ci ha permesso di studiare la possibile diminuzione delle dimensioni del corpo in risposta al cambiamento climatico.

Infine, abbiamo spostato i progetti in corso in laboratorio, principalmente su insetti predatori che usano delle trappole per cacciare, come le formiche leone e i vermileoni che costruiscono buche, al fine di includere aspetti di ecologia termica. Abbiamo in particolare confrontato il comportamento (comportamento cannibalistico, ad esempio) di insetti provenienti da differenti regioni climatiche in Israele. Ci siamo interessati a come il clima generalmente influisce sul comportamento.

Quali sono secondo lei i risultati più importanti ottenuti dalla ricerca finora?

Abbiamo potuto osservare che la tolleranza termica degli insetti peggiora con l’età avanzata e con l’inedia. L’effetto dell’inedia è tuttavia reversibile. In seguito, abbiamo notato che crescita e temperature da adulto hanno un effetto differente e a volte opposto sulla tolleranza termica.

Una terza scoperta è stata che un ripetuto stress termico in laboratorio porta gli insetti a entrare in una specie di modalità resistente a “risparmio energetico”, con minore attività e riproduzione, ma migliore tolleranza a ulteriori stress. Vi è un effetto che prosegue nella progenie di genitori esposti a stress ripetuti, e i loro piccoli sono lievemente più piccoli.

Infine, la nostra analisi di campioni raccolti nel corso di 100 anni, diversamente da mammiferi e uccelli, mostra che le dimensioni del corpo probabilmente non diminuiscono in risposta al cambiamento climatico in corso. Non siamo riusciti a mostrare una diminuzione delle dimensioni del corpo nei coleotteri, e abbiamo concluso che questa “regola”, anche se valida per mammiferi/uccelli, non è valida per i coleotteri e probabilmente nemmeno per altri insetti. Può darsi che la plasticità fenotipica degli insetti, ovvero la capacità di esprimere differenti fenotipi da parte dello stesso genotipo e il contributo delle condizioni ambientali immediate, sia troppo forte e attenui del tutto gli effetti potenziali del cambiamento climatico.

Sulla base di questo progetto, come pensa che si evolveranno gli insetti di fronte al cambiamento climatico e quali potrebbero essere le conseguenze?

Difficile da dire. Noi ci siamo concentrati principalmente sulle risposte fenotipiche immediate al cambiamento climatico. Penso che il nostro lavoro dimostri soprattutto quanto plastici siano gli insetti quando devono fare i conti con dei cambiamenti, e quanto le condizioni a breve termine possano avere effetti significativi e vari. La mia ipotesi è che gli insetti siano più resistenti di quanto sembra, e grazie alla loro forte plasticità sopravvivranno molto bene. Altri ricercatori prevedono persino un aumento delle prestazioni degli insetti, poiché le piante saranno sottoposte a maggiori stress e produrranno meno composti biochimici per proteggersi contro gli insetti che le mangiano. Questo potrebbe avere delle implicazioni preoccupanti per quanto riguarda insetti infestanti e agricoltura.

Più in generale e senza un collegamento diretto alla nostra ricerca, l’effetto del cambiamento climatico sugli insetti potrebbe essere importante per la fenologia, ovvero il collegamento temporale tra fioritura della pianta e i suoi insetti impollinatori, con effetti negativi su entrambi, e per l’estensione della distribuzione di varie specie. Non c’è bisogno di dire che quelle più minacciate sono le specie con zone di distribuzione limitate, quelle con una scarsa capacità di diffusione, o quelle che vivono in zone molto fredde: esse non hanno dove scappare, mentre quelle nelle zone calde potrebbero migrare verso luoghi in precedenza troppo freddi per loro. Curiosamente, gli insetti crescono più velocemente in condizioni più calde, e le temperature in aumento consentiranno agli insetti di occupare habitat attualmente non popolati da essi.

CLIMINSECTS
Finanziato nell’ambito di FP7-PEOPLE
Pagina del progetto su CORDIS

Fonte: Intervista su research*eu rivista dei risultati n. 56 pagg. 4-5

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