TESTI PARALLELI – Studiare la risposta degli insetti agli eventi climatici di breve termine

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Data documento:  21-10-2016

 

Studying insects’ response to short term climate events
Studiare la risposta degli insetti agli eventi climatici di breve termine

Studying the response of living organisms to climate change is essential in the face of what increasingly looks like an irreversible trend.
Lo studio della risposta degli organismi viventi al cambiamento climatico è essenziale di fronte a quella che sembra sempre di più una tendenza irreversibile.

However, unlike other species which have gathered much scientific attention, insects seem to have been left behind.
Tuttavia, a differenza di altre specie che hanno attirato una grande attenzione scientifica, gli insetti sembrano essere stati dimenticati.

An EU project is seeking to bridge this knowledge gap while taking insects’ specific features into account.
Un progetto dell’UE sta cercando di colmare questa lacuna nella conoscenza prendendo in considerazione le caratteristiche specifiche degli insetti.

The CLIMINSECTS (The effect of expected climate change on insect performance: physiology, behaviour and life history) project was born from the observation that insects show very flexible responses to climate change.
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.

Unlike mammals or birds, insects can see their performance being affected even by the most sudden and short term changes in temperature, also known as variance of climate traits.
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.

>>> This means that the annual or monthly changes other studies commonly refer to are mostly irrelevant in the case of insects.
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.

Dr Inon Scharf, who coordinates the project at Tel Aviv University, discusses early results of his study of flour beetles, insects collected by the university over the past 100 years, and additional insect predator species, already investigated in the lab under other projects.
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.

Why is it so important to know more about the effects of environmental variance on insects?
Perché è così importante capire meglio gli effetti della varianza ambientale sugli insetti?

Variance is highly important for different reasons.
La varianza è estremamente importante per differenti ragioni.

First, global warming is expressed not only as an increase in the annual average temperature, but also an increase in the frequency of extreme events, such as heat waves.
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.

It is therefore important to study how a sudden change in temperature, even for a limited time period, affects insect performance.
Risulta quindi importante studiare come un cambiamento improvviso nella temperatura, persino per un periodo di tempo limitato, influisce sulle prestazioni degli insetti.

Second, insects experience daily changes in temperature, sometimes over a very short time, so annual or even monthly temperatures, which are usually referred to in such studies, may be of lower relevance.
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.

Third, insects have a shorter lifespan than most vertebrates, and therefore even relatively short extreme events may have significant consequences for the insect’s performance and response.
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.

Variance of the response traits are also important.
Anche la varianza dei tratti di risposta è importante.

Ecologists were long interested mainly in average responses to different factors, and treated variance in response variables as ‘noise’.
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”.

However, this variance is very important when seeking to understand the potential for evolutionary change.
Tuttavia, questa varianza è molto importante quando si cerca di comprendere il potenziale relativo al cambiamento evoluzionale.

When individuals are tested several times, it is not trivial whether and to which extent individuals are repeatable in their response (for instance, always responding better or worse than average), whether females and males have similar responses, and how age and stressors experienced by groups of individuals induce such variance.
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.

What were the main types of effects you investigated and why?
Quali sono stati i principali tipi di effetti che avete studiato e perché?

We asked ourselves three questions:
Ci siamo posti tre domande:

How is the ability of insects to tolerate unfavourable warm or cold temperatures affected by other stress sources, such as starvation and old age?
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?

How does exposure to different temperatures as larvae and as adults affects insects’ tolerance to extreme cold and heat shock, survival under starvation and reproduction, and how does repeated thermal stress affect insect performance?
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?

Does the body size of insects decrease as a possible response to ongoing global warming?
Le dimensioni del corpo degli insetti diminuiscono come possibile risposta al riscaldamento globale in corso?

Answering the first question is important because insects live in complex environments and have to simultaneously cope with multiple stress sources.
Rispondere alla prima domanda è importante perché gli insetti vivono in ambienti complessi e devono fare i conti simultaneamente con multiple fonti di stress.

Studying how well they cope with thermal stress is important for better understanding the range of responses to unfavourable climate conditions, which also depends on other environmental aspects.
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.

This is also important for understanding how animals trade off between different demands.
Questo è anche importante per comprendere come gli animali trovano un compromesso tra differenti domande.

The second question arose as thermal exposure during different life stages can lead to different outcomes.
La seconda domanda è emersa poiché l’esposizione termica durante differenti fasi della vita può portare a esiti differenti.

Whilst mild exposure to unfavourable temperatures during the adult stage often leads to beneficial acclimation to harsher temperatures, exposure to unfavourable temperatures during the growth stage is less likely to have a beneficial effect.
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.

This question is important not only in the context of climate change but also to understand whether some life stages are more critical than others.
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.

Regarding the third question, many researchers currently believe that body size decreases in response to global warming, while others doubt that the response is general and universal.
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.

While this decrease has been studied in mammals and birds, almost nothing is known for insects, in spite of the fact that most of earth biomass and number of species are insects.
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.

How did you proceed to answer these questions?
Come avete proceduto per rispondere a queste domande?

First, we established a system of flour beetles in the laboratory.
Per prima cosa, abbiamo creato un sistema di triboli delle farine in laboratorio.

These are common pests found in meal storage areas, mostly in the developing world, which are easy to grow and keep in the lab.
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.

Their short generation time allows relatively fast adaptation and response to environmental change and they are ectotherms:
Il loro breve tempo di generazione consente un adattamento e una risposta veloci al cambiamento ambientale ed essi sono anche ectotermi:

they are affected by climate more than endotherms, which regulate their body temperature.
essi sono quindi colpiti dal clima in misura maggiore rispetto agli endotermi, che regolano la propria temperatura corporea.

We raised the beetles under different thermal conditions, testing various behavioural, physiological and life-history responses, keeping them until old age, starving them and inducing repeated thermal stresses.
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.

The point was to study the effect of all of the above on thermal tolerance and other traits related to ecophysiogical performance, such as activity, mating behaviour, reproduction and survival.
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 addition to these lab experiments, we also gained access to the large insect collection of Tel Aviv University (a part of The Steinhardt Museum of Natural History), with a few million specimens collected over the past 100 years or so.
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.

This collection allowed us to study possible body size decrease in response to climate change.
Questa raccolta ci ha permesso di studiare la possibile diminuzione delle dimensioni del corpo in risposta al cambiamento climatico.

Finally, we shifted ongoing projects in the laboratory, mainly on insect predators that use traps for hunting, such as pit-building antlions and wormlions, to include aspects of thermal ecology.
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.

We notably compared the behaviour (cannibalistic behaviour, for example) of insects originating from different climatic regions in Israel.
Abbiamo in particolare confrontato il comportamento (comportamento cannibalistico, ad esempio) di insetti provenienti da differenti regioni climatiche in Israele.

We became interested in how climate generally affects behaviour.
Ci siamo interessati a come il clima generalmente influisce sul comportamento.

What would you say are the most notable results of the research so far?
Quali sono secondo lei i risultati più importanti ottenuti dalla ricerca finora?

We could observe that the thermal tolerance of insects deteriorates with advanced age and starvation.
Abbiamo potuto osservare che la tolleranza termica degli insetti peggiora con l’età avanzata e con l’inedia.

The effect of starvation is nevertheless reversible.
L’effetto dell’inedia è tuttavia reversibile.

Then, we noticed that growth and adult temperatures have a different and sometimes contrasting effect on thermal tolerance.
In seguito, abbiamo notato che crescita e temperature da adulto hanno un effetto differente e a volte opposto sulla tolleranza termica.

A third finding is that repeated thermal stress in the laboratory leads insects to enter a sort of ‘energy-saving’, resilient mode, with lower activity and reproduction, but better tolerance for further stress.
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.

There is a carry-over effect to the offspring of parents exposed to repeated stress, and their offspring are somewhat smaller.
Vi è un effetto che prosegue nella progenie di genitori esposti a stress ripetuti, e i loro piccoli sono lievemente più piccoli.

Finally, our analysis of specimens collected over 100 years, in contrast to mammals and birds, shows that body size probably does not decrease in response to ongoing climate change.
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.

We failed to show a decrease in body size in beetles, and concluded that this ‘rule’, even if valid for mammals/birds, does not hold true for beetles and plausibly for other insects as well.
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.

It could be that insect phenotypic plasticity — meaning the ability to express different phenotypes by the same genotype and the contribution of the immediate environmental conditions — is too strong and fully mitigates potential effects of climate change.
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.

Based on this project, how do you think insects will evolve in the face of climate change and what could be the consequences?
Sulla base di questo progetto, come pensa che si evolveranno gli insetti di fronte al cambiamento climatico e quali potrebbero essere le conseguenze?

Hard to say.
Difficile da dire.

We mainly focused on immediate phenotypic responses to climate change.
Noi ci siamo concentrati principalmente sulle risposte fenotipiche immediate al cambiamento climatico.

I think that our work mainly demonstrates how plastic insects are when coping with changes, and how short-term conditions can have significant and diverse effects.
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.

My guess is that insects are tougher than it seems, and due to their strong plasticity) they will survive quite well.
La mia ipotesi è che gli insetti siano più resistenti di quanto sembra, e grazie alla loro forte plasticità sopravvivranno molto bene.

Other researchers even expect an increase in insect performance, because plants will be more stressed and produce less biochemical compounds to protect against insects that eat them.
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.

This may have worrying implications for pests and agriculture.
Questo potrebbe avere delle implicazioni preoccupanti per quanto riguarda insetti infestanti e agricoltura.

Generally speaking and without a direct link to our research, the effect of climate change on insects may be important concerning phenology, meaning the time link between plant flowering and their insect pollinators, with negative effects on both, and distribution ranges of different species.
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.

Needless to say, the ones most threatened are those with limited distribution range, those with poor dispersal ability, or those inhabiting very cold areas:
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:

they have nowhere to escape, while those in warm areas could migrate to places previously being too cold for them.
esse non hanno dove scappare, mentre quelle nelle zone calde potrebbero migrare verso luoghi in precedenza troppo freddi per loro.

Interestingly, insects grow faster under warmer conditions, and increasing temperatures will enable insects to invade habitats currently not populated by them.
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
CLIMINSECTS

Funded under FP7-PEOPLE
Finanziato nell’ambito di FP7-PEOPLE

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Pagina del progetto su CORDIS

Source: Interview from research*eu results magazine n. 56 p.4-5
Fonte: Intervista su research*eu rivista dei risultati n. 56 pagg. 4-5