Fuente: The Conversation - Autores Gregg Howe - Nathan Havko -
Universidad Estatal de Michigan
Los modelos pueden subestimar las pérdidas de cosechas debido al cambio climático porque no consideran cómo las plantas infestadas reaccionan al aumento de las temperaturas
Durante milenios, los insectos y las plantas de las que se alimentan han estado involucrados en una batalla co-evolutiva: comer o no ser comido. Hasta hace poco, los dos lados antagónicos han mantenido una especie de estancamiento. Sin embargo, con el cambio climático, las temperaturas más cálidas podrían inclinar la balanza a favor de los insectos y significar un peligro para los cultivos y los agricultores que los cuidan.
Nuestro equipo de investigación en el Instituto de Resistencia de Plantas de la Universidad Estatal de Michigan observó lo que sucedió en un clima más cálido cuando las orugas de gusano atacaron una planta de tomate. El tomate perdió. Vimos una sorprendente disyuntiva por parte de la planta durante la ola de calor: Se defendió contra las orugas, pero este esfuerzo le impidió enfrentar los efectos dañinos del calor. Esto causó que la planta se recalentara, lo que fortaleció a las orugas.
Un estudio realizado por investigadores en 2018 predijo que cada grado de calentamiento global aumentará la pérdida de cosechas por insectos en un 10% a 25% porque las poblaciones de insectos y sus apetitos aumentan con las temperaturas cálidas. Es probable que otras variables relacionadas con el clima, incluidas las sequías o inundaciones prolongadas, agraven esas pérdidas.
Pero aunque los científicos han identificado estos variados desafíos para la producción de alimentos, todavía no saben mucho acerca de cómo la combinación de calor e insectos afectará los sistemas de defensa incorporados de las plantas.
Las plantas constantemente perciben y responden a los cambios en su entorno, incluyendo la presencia de insectos comedores de plantas.
Cómo las plantas combaten las plagas de insectos
A diferencia de los animales, las plantas no pueden correr o esconderse de los depredadores. En cambio, las plantas producen un arsenal de productos químicos tóxicos que repelen el ataque de los insectos y otros consumidores de plantas.
La producción de estos compuestos es costosa y a menudo atrofia su crecimiento, por lo que las plantas despliegan este arsenal de defensa química sólo cuando son dañadas por un insecto masticador. Este proceso es desencadenado por la hormona de la herida de la planta, el jasmonato, que controla estrictamente la biosíntesis, la distribución y el almacenamiento de los compuestos de defensa química que repelen los insectos.
Durante más de 20 años, hemos estudiado cómo el jasmonato protege a las plantas de los insectos herbívoros. Sólo recientemente hemos empezado a pensar en cómo el aumento de las temperaturas globales influyen en este mecanismo de defensa común de las plantas.
El calor y la oruga hambrienta
En nuestro estudio desafiamos a las plantas de tomate con orugas de gusanos en condiciones de temperatura normales: 28°C y 18°C a la noche. También simulamos olas de calor, con temperaturas que subían a 38 C durante el día y bajaban a 28 C por la noche durante varios días.
Las plantas respondieron a las temperaturas más altas intensificando la producción de jasmonato y, como consecuencia, aumentando la producción de varios compuestos de defensa. Aún así, los insectos se comieron las plantas implacablemente con el calor.
Mientras tanto, un estudio paralelo de nuestro equipo encontró que los aumentos moderados de temperatura aceleraron el metabolismo de los insectos de modo que comieron más rápido e hicieron más daño a las plantas. Aunque las plantas de tomate lucharon duro con su respuesta química, no pudieron neutralizar el poderoso estímulo alimenticio desencadenado por el calor de los insectos.
Los modelos pueden subestimar las pérdidas de cosechas debido al cambio climático porque no consideran cómo las plantas infestadas reaccionan al aumento de las temperaturas.
Insectos + calor = doble problema
Las plantas usan dos estrategias para enfriarse cuando las temperaturas son demasiado altas. Abren sus pequeños poros de las hojas, llamados estomas, liberando agua que las enfría como el sudor enfría a los humanos. Las plantas también combaten el estrés por calor levantando sus hojas del suelo caliente, tal vez en busca de una brisa fresca.
Inesperadamente descubrimos en nuestro trabajo que las plantas de tomate desafiadas por las orugas a la temperatura más cálidas no hacían estas cosas, y por lo tanto no lograban enfriar sus hojas.
En nuestros experimentos de seguimiento, encontramos que cuando las orugas se comieron sus hojas y la planta activó la hormona jazmona, esto bloqueó la apertura de los diminutos estomas, y también impidió que las hojas se levantaran para enfriarse. La planta no pudo desplegar su respuesta de enfriamiento, y al mismo tiempo se redujo la fotosíntesis (que produce alimento a partir de la luz solar y el dióxido de carbono).
Estas circunstancias efectivamente frenan el crecimiento de la planta. Por lo tanto, aunque las plantas de tomate pueden hacer frente bien a los ataques de insectos o a la temperatura elevada, si esas dos tensiones vienen al mismo tiempo, eso significa el doble de problemas. El resultado es una rápida defoliación por las orugas hambrientas y el sobrecalentamiento de las hojas.
El estudio de las plantas en entornos reales
El por qué el ataque de los insectos impide que las plantas se enfríen sigue siendo un misterio. Sin embargo, cuando las plantas cierran sus estomas durante un ataque de insectos, conservan el agua evitando que se evapore de las hojas heridas. Creemos que esta respuesta puede beneficiar a la planta cuando hay escasez de agua, lo que a menudo ocurre durante las olas de calor.
Planeamos abordar esta cuestión estudiando las plantas que crecen en los entornos naturales, en lugar de hacerlo en condiciones de laboratorio altamente controladas. Creemos que tales estudios son necesarios para desarrollar cultivos que puedan soportar tanto el calor como el estrés de las heridas.
Hacer plantas más resistentes
Muchos expertos estiman que la productividad agrícola debe duplicarse en los próximos 30 años para satisfacer las demandas de una población en rápido crecimiento. Las actuales trayectorias de rendimiento de los principales cultivos, combinadas con los efectos inciertos de un entorno mundial cambiante, sugieren que el mundo no llegará a satisfacer esta demanda con las prácticas agrícolas convencionales.
La Royal Society del Reino Unido y otras organizaciones científicas han pedido una segunda revolución verde que permita la intensificación sostenible de la agricultura mediante el desarrollo de cultivos más resistentes frente a condiciones ambientales cada vez más duras.
Los recientes avances tecnológicos, desde la genómica y la edición de genes hasta los enfoques de la ciencia computacional y de los datos, brindan a los investigadores oportunidades sin precedentes para trabajar en pos de este objetivo. Al lograr una mejor comprensión de las complejas interacciones entre el calor y los ataques de insectos, esperamos que nuestras investigaciones puedan servir de base a nuevas estrategias para aumentar la resistencia de las plantas en un mundo en proceso de calentamiento.