Une nouvelle étude menée par une équipe de recherche de l'Arizona State University a révélé que le changement climatique augmentera considérablement l'intensité des essaims de criquets pèlerins, entraînant encore plus de pertes de récoltes à cause des insectes nuisibles et menaçant la sécurité alimentaire.

L'étude, récemment publiée dans Ecological Monographs , décrit les résultats des données considérables recueillies sur la physiologie des criquets sud-américains et démontre que les modèles de distribution des espèces qui tiennent compte de la physiologie en plus de la température peuvent remodeler ce que nous pouvons nous attendre à voir à mesure que le changement climatique se poursuit.

"Un aspect unique de notre étude est que nous avons combiné de nombreuses approches de recherche différentes, y compris des observations sur le terrain, des expériences en laboratoire et la modélisation informatique", a déclaré Jacob Youngblood, récent doctorat en biologie de l'ASU. diplômé et premier auteur de l'étude.

"Pour combiner ces approches, nous avons réuni une équipe diversifiée de chercheurs, qui comprenait des physiologistes, des écologistes, des entomologistes et des agronomes. Collaborer avec une équipe aussi diversifiée nous a permis d'étudier les effets du changement climatique sur de multiples aspects de la biologie des criquets."

L'équipe internationale comprenait Youngblood et des chercheurs de la Global Locust Initiative de l'ASU :la professeure adjointe Arianne Cease, le professeur du président Michael Angilletta et le professeur Jon Harrison de l'École des sciences de la vie, et le postdoc Stav Talal de l'Institut mondial de la durabilité et de l'innovation, ainsi que des innovateurs. et collaborateurs en Amérique du Sud.

Fléaux d'antan

Depuis au moins l'époque des pharaons de l'Égypte ancienne en 3200 av. J.-C., les criquets ont éclaté en essaims massifs qui s'abattent sur les cultures et la vie végétale, provoquant une dévastation presque totale.

Pourquoi ces essaims destructeurs se produisent-ils soudainement ?

Tout comme les humains, les criquets peuvent être timides ou grégaires. Pour la plupart, les populations de criquets peuvent passer plusieurs saisons dans une population à faible densité, appelée phase solitaire. Les criquets sont d'un brun ou d'un vert cryptique - timides, solitaires et relativement inoffensifs à l'échelle économique mondiale. Cependant, lorsque les circonstances s'y prêtent, le nombre de criquets gonfle jusqu'à la surpopulation, déclenchant un passage drastique à une phase grégaire - sociale, aux couleurs vives et capable de former des essaims migrateurs de 80 millions de criquets par kilomètre carré.

Chaque criquet consommant jusqu'à 2 grammes de végétation par jour, un essaim de cette taille peut parcourir jusqu'à 90 miles par jour, consommant la même quantité de nourriture que 35 000 personnes. Il n'est pas étonnant qu'ils soient considérés comme le ravageur le plus dévastateur au monde.

Pour aider à démêler les forces motrices derrière les essaims, l'équipe a étudié la physiologie du criquet sud-américain (Schistocerca cancellata).

« Mener des recherches au Paraguay était vraiment excitant pour moi car c'était la première fois que je voyais des épidémies de criquets en personne », a déclaré Youngblood. "Voir des dizaines de milliers de criquets ensemble m'a vraiment fait réaliser à quel point les criquets peuvent être un problème pour les agriculteurs locaux et les gestionnaires des terres."

"La plupart des recherches sur les criquets ont été effectuées sur des colonies qui ont été élevées en laboratoire pendant des années. Notre recherche a donc été une occasion rare d'étudier les criquets en prolifération dans leur environnement naturel. Cette opportunité n'aurait pas été possible sans l'aide de nos collègues de L'Argentine, la Bolivie et le Paraguay, qui gèrent ces épidémies depuis sept ans", a-t-il déclaré.

Modéliser le futur

Pour essayer de prédire où les essaims migreront et où les cultures seront menacées, les scientifiques utilisent des modèles de distribution des espèces, des algorithmes informatiques qui prédisent les distributions d'une espèce dans une zone géographique à l'aide de données environnementales.

La technique de modélisation la plus courante est celle des modèles corrélatifs. Cependant, compte tenu des variables inconnues inhérentes à un climat mondial changeant, cette méthode a perdu son efficacité.

L'équipe de recherche a utilisé une approche de modélisation mécaniste, recueillant des données sur la physiologie des criquets pour éclairer leur modèle. Dans ce cas, les chercheurs ont mesuré la rapidité avec laquelle les criquets digèrent la nourriture dans différents environnements.

"L'étude de Jacob est un bel exemple, démontrant que prédire comment les animaux réagiront au changement climatique et aider les humains à survivre et à prospérer malgré le changement climatique, nécessitera des études approfondies du fonctionnement interne complexe de nos autres organismes biologiques", a déclaré Le professeur SOLS Jon Harrison.

L'énergie pour essaimer

Un facteur clé des données environnementales utilisées pour les modèles corrélatifs traditionnels est la température, qui a des impacts majeurs sur les habitudes alimentaires des criquets.

Cependant, ces données environnementales à elles seules ne permettent pas de prédire adéquatement les effets du changement climatique sur les populations de criquets. Premièrement, les criquets peuvent exister et manger à des températures variées. Et, en tant qu'herbivores généralistes qui peuvent parcourir de longues distances pour trouver de la nourriture facilement disponible, les criquets peuvent remplir leur estomac de nourriture plus rapidement qu'ils ne peuvent la digérer.

Alors que les criquets peuvent et vont manger dans une large gamme de températures, la température optimale pour la digestion est beaucoup plus spécifique.

Youngblood et ses associés se sont concentrés sur cet élément comme critère décisif pour une population acridienne florissante susceptible d'entraîner des scénarios d'épidémie.

L'équipe a mesuré l'impact des conditions thermiques sur les taux d'alimentation et de digestion des criquets capturés sur le terrain et a utilisé ces données pour modéliser le gain d'énergie dans les scénarios climatiques actuels et futurs. Ensuite, ils ont établi ces nouvelles données comme variable prédictive pour un nouveau modèle de distribution des espèces qui prédisait la propagation des épidémies acridiennes dans plusieurs scénarios.

Leurs prédictions montrent que les criquets pourront assimiler beaucoup plus d'énergie dans les climats futurs que dans les climats actuels, entre 8 et 17 % d'énergie en plus par saison des pluies qu'actuellement, proportionnellement à la quantité de chaleur qu'il fait.

En règle générale, les criquets sud-américains ne complètent que deux générations par saison de croissance. Cette augmentation de l'énergie par saison des pluies entraînerait un raccourcissement des temps de génération et alimenterait la croissance démographique, entraînant davantage d'essaims. Les futurs climats plus chauds permettront aux populations de croître et de se développer plus rapidement, supportant plus d'années avec trois générations par saison, et des épidémies plus probables.

On s'attend également à ce que les populations migratrices de criquets sud-américains étendent leur aire de répartition loin de l'équateur en raison du changement climatique. Les modèles qui tiennent compte de la physiologie des criquets prédisent en fait une plage d'expansion plus petite que les modèles corrélatifs typiques, mais les modèles basés sur la physiologie prédisent également une augmentation du taux de croissance de la population, entraînant des dommages encore plus importants aux cultures.

Les modèles précédents prévoyaient une augmentation de 10 à 25 % des pertes de récoltes dues aux insectes nuisibles en raison du changement climatique, mais les scientifiques ne savaient pas si ces prévisions étaient pertinentes pour le criquet sud-américain. Le nouveau modèle créé par Younglood correspondait aux modèles précédents, prédisant une augmentation de 17 % des pertes de récoltes causées par les criquets sud-américains.

"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." + Explorer plus loin

Examining why locusts form destructive swarms