Avlinger kan få dobbeltproblemer fra insekter og et varmende klima

Avlinger kan få dobbeltproblemer fra insekter og et varmende klima På varmen kan ikke tomatplanter bekjempe den sultne tobakkshornormen, Manduca sexta. Fra www.shutterstock.com

I årtusener har insekter og plantene de lever av vært engasjert i en co-evolusjonær kamp: å spise eller ikke bli spist. Inntil nylig har de to antagonistiske sidene opprettholdt en slags dødelighet. Med klimaendringer kan varmere temperaturer imidlertid tippe balansen til fordel for insektene og stave fare for avlinger og bønder som pleier dem.

Vårt forskerteam ved Michigan State University Plant Resilience Institute så på hva som skjedde i varmere vær da hornorm larver angrep en tomatplante. Tomaten mistet. Vi så en overraskende avveining av anlegget under hetebølgen: Det forsvarte seg mot larvene, men denne innsatsen forhindret den i å takle de skadelige effektene av varme. Dette fikk anlegget til å overopphetes, noe som styrket larvenes hånd.

En studie av forskere i 2018 spådde at hver grad av global oppvarming vil øke avlingstapet fra insekter med 10% til 25% fordi insektspopulasjoner og deres appetitt øker i varme temperaturer. Andre klimarelaterte variabler, inkludert langvarige tørke eller flom, vil sannsynligvis sammensette tapene.

Men selv om forskere har identifisert disse forskjellige utfordringene for matproduksjon, vet de fortsatt ikke så mye om hvordan kombinasjonen av varme og insekter vil påvirke plantenes innebygde forsvarssystemer.

Planter fornemmer og reagerer hele tiden på endringer i miljøet, inkludert tilstedeværelsen av insekter som spiser plantene.

Hvordan planter bekjemper skadedyr

I motsetning til dyr, kan planter ikke løpe eller gjemme seg for rovdyr. I stedet produserer planter et arsenal av giftige kjemikalier som avviser angrep fra insekter og andre planteforbrukere.

Det er kostbart å produsere disse forbindelsene og bedøve veksten av dem, så planter distribuerer dette kjemiske forsvarsarsenal bare når de blir skadet av et tyggende insekt. Denne prosessen utløses av plantesårhormonet, jasmonat, som tett kontrollerer biosyntesen, distribusjonen og lagringen av kjemiske forsvarsforbindelser som avviser insekter.

I mer enn 20 år har vi studert hvordan jasmonat beskytter planter fra insekt planteetere. Først nylig har vi begynt å tenke på hvordan stigende globale temperaturer påvirker denne vanlige planten forsvarsmekanismen.

Varme og den sultne larven

I studien vår utfordret tomatplanter med hornormorm larver under enten normale temperaturforhold: 82 grader F dager (ca. 28 grader C) og 64 grader F netter (ca. 18 grader C). Vi simulerte også hetebølger, med temperaturer som øker til 100oC på dagtid og faller til 38oC om natten i flere dager.

Plantene responderte på de varmere temperaturene ved å intensivere produksjonen av jasmonat og som en konsekvens øke produksjonen av forskjellige forsvarsforbindelser. Likevel spiste insekter plantene nådeløst i varmen.

I mellomtiden fant en parallell studie av teamet vårt at moderate temperaturøkninger påskyndet insektenes metabolisme slik at de spiste raskere og gjorde mer skade på plantene. Selv om tomatplanter kjempet hardt med sin kjemiske respons, kunne de ikke nøytralisere insektenes kraftige varmestyrte spisestimulus.

Modeller kan undervurdere avlingstap på grunn av klimaendringer fordi de ikke vurderer hvordan infiserte planter reagerer på stigende temperaturer.

Insekter + varme = dobbelt trøbbel

Planter bruker to strategier for å kjøle seg ned når temperaturene blir for høye. De vil åpne sine bittesmå bladporer, som kalles stomata, og frigjøre vann som kjøler dem mye ettersom svette kjøler ned mennesker. Planter bekjemper også varmestress ved å løfte bladene vekk fra den varme jorda, kanskje på jakt etter en kjølig bris.

I vårt arbeid oppdaget vi uventet at tomatplanter utfordret av larver ved varmere temperatur ikke gjorde disse tingene, og dermed ikke klarte å avkjøle bladene.

I oppfølgingseksperimentene våre fant vi at når larvene spiste bladene og planten aktiverte hormonet jasmonat, blokkerte dette åpningen av den bittelille stomien, og forhindret også at bladene løftet seg opp til avkjøling. Anlegget kunne ikke distribuere sin kjølerespons, og samtidig ble fotosyntesen (lage mat fra sollys og karbondioksid) redusert.

Disse omstendighetene senker effektivt veksten av planten. Så selv om tomatplanter kan takle insektangrep eller forhøyet temperatur, hvis de to påkjenningene kommer på samme tid, betyr det stave doble problemer. Resultatet er rask tapping av sultne larver pluss overoppheting av blader.

Å studere planter i virkelige miljøer

Hvorfor insektangrep holder plantene fra å avkjøle seg, er fortsatt et mysterium. Når planter lukker stomaten under et insektangrep, sparer de imidlertid vann ved å forhindre at den fordamper fra sårede blader. Vi tror at dette svaret kan komme anlegget til gode når det er mangel på vann, noe som ofte er tilfelle under hetebølger.

Vi planlegger å ta opp dette spørsmålet ved å studere planter som er dyrket i ujevn natur i miljøer, snarere enn under sterkt kontrollerte laboratorieforhold. Vi tror slike studier er nødvendige for å utvikle avlinger som tåler både varme og sårbelastning.

Å lage mer spenstige planter

Mange eksperter anslår at landbruksproduktiviteten må dobles i løpet av de neste 30 årene for å oppfylle kravene til a raskt voksende befolkning. Dagens avkastningsbaner for større avlinger, kombinert med de usikre virkningene av et skiftende globalt miljø, antyder at verden kommer til å komme under kort avstand fra denne etterspørselen ved bruk av konvensjonell jordbrukspraksis.

Storbritannias Royal Society og andre vitenskapelige organisasjoner har etterlyst a Andre grønne revolusjonen som vil tillate bærekraftig intensivering av landbruket gjennom utvikling av avlinger som er mer motstandsdyktige i møte med stadig tøffere miljøforhold.

Nyere teknologiske fremskritt, fra genomikk og genredigering til beregnings- og datavitenskaplige tilnærminger, gir forskere enestående muligheter til å jobbe mot dette målet. For å oppnå en bedre forståelse av de komplekse interaksjonene mellom varme- og insektangrep, håper vi at forskningen vår kan informere om nye strategier for å øke plantens motstandskraft i en oppvarmende verden.

Om forfatteren

Gregg Howe, professor i biokjemi og molekylærbiologi, Michigan State University og Nathan Havko, postdoktor i planteforskning, Michigan State University

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Relaterte bøker

Livet etter karbon: Den neste globale transformasjonen av byer

by Peter Plastrik, John Cleveland
1610918495Fremtiden for våre byer er ikke hva det pleide å være. Den moderne bymodellen som tok hold globalt i det tjuende århundre har overlevd sin nytte. Det kan ikke løse problemene som det bidro til å skape - spesielt global oppvarming. Heldigvis oppstår en ny modell for byutvikling i byer for å aggressivt takle virkelighetene av klimaendringer. Det forandrer måten byer designer og bruker fysisk plass, genererer økonomisk rikdom, forbruker og disponerer ressurser, utnytter og opprettholder de naturlige økosystemene og forbereder seg for fremtiden. Tilgjengelig på Amazon

Den sjette utryddelsen: En unaturlig historie

av Elizabeth Kolbert
1250062187I løpet av de siste halv milliarder årene har det vært Fem masseutryddelser, da mangfoldet av liv på jorden plutselig og dramatisk ble inngått. Vitenskapsmenn rundt om i verden overvåker for øyeblikket sjette utryddelsen, som antas å være den mest ødeleggende utryddelseshendelsen siden asteroideffekten som slettet ut dinosaurene. Denne gangen er katastrofen oss. I prosa som er umiddelbart ærlig, underholdende og dypt informert, New Yorker forfatteren Elizabeth Kolbert forteller oss hvorfor og hvordan mennesker har endret livet på planeten på en måte som ingen arter har før. Interweaving forskning i et halvt dusin disipliner, beskrivelser av den fascinerende arten som allerede har gått tapt, og historien om utryddelse som et konsept, gir Kolbert en flytende og omfattende redegjørelse for forsvunnelsene som skjer før våre øyne. Hun viser at den sjette utryddelsen sannsynligvis vil være menneskehetens mest varige arv, og tvinger oss til å revurdere det grunnleggende spørsmålet om hva det betyr å være menneske. Tilgjengelig på Amazon

Klima kriger: Kampen for overlevelse som verdens overoppheting

av Gwynne Dyer
1851687181Bølger av klimaflyktninger. Dusinvis av mislykkede stater. Full krig. Fra en av verdens store geopolitiske analytikere kommer et skremmende glimt av de strategiske realitetene i den nærmeste fremtid, når klimaendringer driver verdens krefter mot overkroppens overlevelsespolitikk. Prescient og unflinching, Climate Wars vil være en av de viktigste bøkene i de kommende årene. Les det og finn ut hva vi skal på. Tilgjengelig på Amazon

Fra Utgiver:
Innkjøp på Amazon går for å dekke kostnadene ved å bringe deg InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, og ClimateImpactNews.com uten kostnad og uten annonsører som sporer surfevaner. Selv om du klikker på en kobling, men ikke kjøper disse utvalgte produktene, betaler alt annet du kjøper i samme besøk på Amazon oss en liten provisjon. Det er ingen ekstra kostnader for deg, så vær så snill å bidra til innsatsen. Du kan også bruk denne lenken å bruke til Amazon når som helst slik at du kan bidra til å støtte vår innsats.

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

følg InnerSelf på

facebook-ikonettwitter-iconrss-ikonet

Få den siste via e-post

{Emailcloak = off}

SENESTE VIDEOER

Liten plankton-stasjon prosesser i havet som fanger dobbelt så mye karbon som forskere trodde
Liten plankton-stasjon prosesser i havet som fanger dobbelt så mye karbon som forskere trodde
by Ken Buesseler
Havet spiller en viktig rolle i den globale karbonsyklusen. Drivkraften kommer fra bittesmå plankton som produserer ...
Klimaendringer truer drikkevannskvaliteten over de store innsjøene
Klimaendringer truer drikkevannskvaliteten over de store innsjøene
by Gabriel Filippelli og Joseph D. Ortiz
“Ikke drikk / ikke kok opp” er ikke det noen vil høre om byens tappevann. Men de kombinerte effektene av ...
Å snakke om energiforandring kan ødelegge klimainnviket
Å snakke om energiforandring kan ødelegge klimainnviklingen
by InnerSelf Staff
Alle har energihistorier, enten de handler om en slektning som jobber på en oljerigg, en foreldre som lærer et barn å snu seg…
Avlinger kan få dobbeltproblemer fra insekter og et varmende klima
Avlinger kan få dobbeltproblemer fra insekter og et varmende klima
by Gregg Howe og Nathan Havko
I årtusener har insekter og plantene de lever av vært engasjert i en co-evolusjonær kamp: å spise eller ikke være ...
For å nå nullutslipp Regjeringen må ta opp hindringer som setter folk i fare for elbiler
For å nå nullutslipp Regjeringen må ta opp hindringer som setter folk i fare for elbiler
by Swapnesh Masrani
Ambisiøse mål er satt av Storbritannia og skotske myndigheter for å bli netto null karbonøkonomier innen 2050 og 2045 ...
Våren ankommer tidligere over hele USA, og det er ikke alltid gode nyheter
Våren ankommer tidligere over hele USA, og det er ikke alltid gode nyheter
by Theresa Crimmins
Over store deler av USA har et oppvarmende klima avansert vårens ankomst. I år er intet unntak.
Den siste istiden forteller oss hvorfor vi trenger å bry oss om en 2 ℃ temperaturendring
Den siste istiden forteller oss hvorfor vi trenger å bry oss om en 2 ℃ temperaturendring
by Alan N Williams, et al
Den siste rapporten fra klimapanelet (IPCC) sier at uten vesentlig reduksjon ...
En by i Georgia får halvparten av strømmen fra president Jimmy Carters solfarm
En by i Georgia får halvparten av strømmen fra president Jimmy Carters solfarm
by Johnna Crider
Plains, Georgia, er en liten by som ligger rett sør for Columbus, Macon og Atlanta og nord for Albany. Det er den…

SISTE ARTIKLER

Orkaner og andre ekstreme værkatastrofer ber noen mennesker om å flytte og felle andre på plass
Orkaner og andre ekstreme værkatastrofer ber noen mennesker om å flytte og felle andre på plass
by Jack DeWaard
Hvis det virker som ekstreme værkatastrofer som orkaner og skogbranner blir hyppigere, alvorligere og ...
Hvis alle biler var elektriske, ville UK-karbonutslipp synke med 12%
Hvis alle biler var elektriske, ville UK-karbonutslipp synke med 12%
by George Milev og Amin Al-Habaibeh
COVID-19-lockdown har ført til redusert forurensning og utslipp i Storbritannia og rundt om i verden, og gir en klar ...
Brasils Jair Bolsonaro er ødeleggende urfolk, med verden distrahert
Brasils Jair Bolsonaro er ødeleggende urfolk, med verden distrahert
by Brian Garvey, og Mauricio Torres
Amazonas-brannene i 2019 drev det største ettårs tapet av brasiliansk skog på ti år. Men med verden i ...
Hvorfor land ikke teller utslipp fra varer de importerer
Hvorfor land ikke teller utslipp fra varer de importerer
by Sarah McLaren
Jeg vil gjerne vite om New Zealands karbonutslipp på 0.17% inkluderer utslipp produsert fra produkter produsert ...
Green Bailouts: Å stole på utligning av karbon vil la forurensende flyselskaper av kroken
Green Bailouts: Å stole på utligning av karbon vil la forurensende flyselskaper av kroken
by Ben Christopher Howard
Coronavirus-pandemien har grunnlagt tusenvis av fly, og bidratt til det største noensinne årlige fallet i CO₂ ...
Lengre voksende årstider har en begrenset effekt på bekjempelse av klimaendringer
Lengre voksende årstider har en begrenset effekt på bekjempelse av klimaendringer
by Alemu Gonsamo
Klimaoppvarming fører til tidlige kilder og forsinkede søyler i kaldere miljøer, slik at planter kan vokse for en ...
Både Høyre og Venstre ønsker en grønn energiframtid, men av forskjellige grunner
Både Høyre og Venstre ønsker en grønn energiframtid, men av forskjellige grunner
by Deidra Miniard et al
Politiske splittelser er et voksende inventar i USA i dag, enten temaet er ekteskap på tvers av partilinjer, ...
Hvordan klimaeffekten av storfekjøtt sammenligner med plantebaserte alternativer
Hvordan klimaeffekten av storfekjøtt sammenligner med plantebaserte alternativer
by Alexandra Macmillan og Jono Drew
Jeg lurer på klimaeffekten av vegansk kjøtt kontra storfekjøtt. Hvordan sammenligner en sterkt bearbeidet patty med ...