השלכות התחממות האקלים על ההפצה והבקרה הביולוגית של מחלות צמחים – שינויים בקצבי ההתפתחות של נשאים

דצמבר 2019, גליון 4, (עמ' 49-48)



-
הדפס PDF שלח לחבר



  

 

אור קיסר ואסף שדה

המעבדה לאגרואקולוגיה, המחלקה למשאבי טבע, מִנהל המחקר החקלאי – מרכז וולקני

 

שינוי האקלים צפוי להשפיע במידה ניכרת על מערכות אקולוגיות רבות [4], על השירותים שהן מספקות לאדם, כמו ויסות מחלות ומזיקים, ועל יעילותם של ממשקי בקרה ביולוגית בחקלאות [1]. השפעות שינוי האקלים על בקרת מזיקים נחקרות בעיקר בהיבטי ההתאמה העיתית בין טורף לנטרף או יחסי הצמח והמזיק, וההשפעות על מחלות צמחים נחקרות בעיקר בהיבט יחסי הצמח והפתוגן (האורגניזם מחולל המחלה). חסר מחקר העוסק בהשלכות שינוי האקלים על קצבי ההפצה של מחלות באוכלוסיות צמחים על-ידי חרקים נשאים.

מול הבהילות של משבר האקלים, קשה להעמיד מחקרים אמפיריים שיחזו את התהליכים המורכבים הקובעים את תפקודן של מערכות אקולוגיות ואת דפוסי ההפצה של מחלות. אף על פי כן, בשילוב מודלים תאורטיים כלליים ונתונים מהספרות המחקרית ניתן להעריך במהירות את ההשלכות האפשריות של מנגנונים שונים. גישה כזאת יכולה למקד את מאמצי המחקר האמפירי, שמצריך כסף רב, במערכות ובמנגנונים שצפויים להיות המשמעותיים ביותר, ולסייע בהבנת תוצאות בלתי צפויות.

קיים בספרות ידע רב על ההשפעות של משתני אקלים שונים על הפיזיולוגיה ועל משתני החיים של חרקים, כולל מזיקים רבים. בפרט, בוסס קשר חיובי חזק בין טמפרטורה וקצב ההתפתחות של חרקים [3], והוערך שהתחממות של 2 מעלות צלזיוס עשויה לאפשר למזיקים שונים להשלים עד חמישה מחזורי רבייה נוספים בעונה [5], ובכך להגביר באופן מעריכי את פוטנציאל הרבייה המרבי שלהם. לפיכך, צפוי שהתחממות האקלים תגרום להתפרצויות של אוכלוסיות נשאי מחלות, שגלומה בהן סכנה לאספקת המזון, כמו גם לאוכלוסיות בר ולאדם. קשה יותר להעריך את פוטנציאל הבקרה הביולוגית של מחלות על-ידי אויבים טבעיים בתנאים כאלה.

לשם ביצוע הערכה כזו פיתחנו מודלים מתמטיים המתארים מנגנונים כלליים העומדים בבסיס דינמיקות ההפצה של שתי קבוצות מרכזיות של מחלות צמחים: מחלות שנגרמות מפתוגנים מתמידים (persistent), ששוכנים בגוף הנשאים לאורך רוב שלבי חיי הנשא, ומחלות שנגרמות מפתוגנים בלתי מתמידים (non-persistent), ששורדים בגוף הנשא זמן קצר מאוד ביחס למחזור חייו [2]. באמצעות המודלים ביצענו ניתוח תאורטי של ההשלכות האפידמיולוגיות הצפויות משינויים תלויי טמפרטורה בקצב ההתפתחות של החרקים הנשאים, ושל בקרתם הצפויה על-ידי טורפים כוללניים (generalists, הניזונים ממספר מקורות מזון) ומתמחים (המוגבלים למקור מזון אחד) הניזונים מהם. מידת ההתמחות של אויבים טבעיים היא ציר חשוב במגוון התפקודי של חברות פרוקי רגליים, ושל בקרת הנזקים שהן עשויות לספק. לדוגמה, טורפים כוללניים הם בסיס לגישת "הצבא הסדיר" (standing army) בבקרה ביולוגית משמרת, שלפיה אספקת מקורות מזון חלופיים עשויה לשמר אוכלוסיית טורפים קבועה שתמנע את התבססות המזיק בשלבים מוקדמים של הופעתו. כמו כן, קיים גידול מסחרי של טורפים משני הסוגים לבקרה ביולוגית מתגברת (augmentative) – שחרור מקומי של טורפים בתגובה להתפרצות מזיקים.

כצפוי, נמצא שעם התחממות האקלים, עלייה בקצב התפתחות הנשאים עשויה להגביר מאוד את יכולתם להפיץ מחלות, בעיקר במערכות שהגורם המגביל בהן הוא קצבי ההתפתחות (איור 1: עקומות אדומות). ההפצה המוגברת של מחלות מתמידות (איור 1א) צפויה להיות מוגבלת לקצבי התפתחות לא-גבוהים, מפני שהיא תלויה בכל שלבי החיים של הנשאים. בקרת שתי קבוצות המחלות על-ידי טורפים כוללניים לא צפויה להיות מושפעת משינויים בקצבי התפתחות הנשאים בגלל אדישותם היחסית של טורפים אלה לגודל אוכלוסיית הנשאים (איור 1: עקומות ירוקות). האפקטיביות של טורפים כאלה מְרַבית כנגד נשאים בעלי קצבי התפתחות נמוכים, וגוברת ככל שניתן להעלות את כושר נשיאתם במערכת באמצעות אספקת משאבים תומכים, כמו פרחי צוף, אבקה וטרף חלופי. לעומת זאת, השינוי בקצב התפתחות הנשאים צפוי להגביר מאוד את יכולתם של טורפים מתמחים לדכא את הפצת המחלות, בעיקר במערכות שקצב ההתפתחות הבסיסי של הנשאים בהן גבוה (איור 1: עקומות תכולות).

יודגש שמודלים אלה לא נועדו לחיזוי ולניהול של מחלות, שכן שינוי האקלים צפוי להתבטא בהתפלגויות של מספר משתני אקלים, ולהשפיע על היבטים פיזיולוגיים נוספים של האורגניזמים במערכת. עם זאת, המודלים מספקים ציפיות בסיסיות לגבי ההשלכות של היבט פיזיולוגי ידוע ומרכזי אצל חרקים. על בסיס זה ועל בסיס נתונים אמפיריים נוספים מהספרות ניתן למדל בפירוט רב מחלות ספציפיות של גידולי מפתח וכך לחדד את התחזיות עבור גישות שונות לממשקי בקרה שלהן ולשפר את ממשקי הבקרה בעידן האקלים המשתנה.

איור 1. שכיחות המחלה באוכלוסית צמחים בשיווי משקל כפונקציה של קצב ההתפתחות של חרקים הנושאים פתוגנים מתמידים (א) ובלתי מתמידים (ב)

מבני המודלים והנחותיהם מפורטים בנספח 1.

 

מקורות

[1] Joern A, Logan JD, and Wolesensky W. 2005. Effects of global climate change on agricultural pests: Possible impacts and dynamics at population, species interaction, and community levels. In: Lal R, Uphoff N, Stewart BA, and Hansen DO (Eds). Climate change and global food security. Boca Raton (FL): CRC Press.

[2] Keissar O, Scharf I, and Sadeh A. In press. Predator modulation of plant pathogen spread through induced changes in vector development rates. Ecological Entomology.

[3] Rebaudo F and Rabhi VB. 2018. Modeling temperaturedependent development rate and phenology in insects: Review of major developments, challenges, and future directions. Entomologia Experimentalis et Applicata 166: 607-617.

[4] Walther GR, Post E, Convey P, et al. 2002. Ecological responses to recent climate change. Nature 416: 389-395.

[5] Yamamura K and Kiritani K. 1998. A simple method to estimate the potential increase in the number of generations under global warming in temperate zones. Applied Entomology and Zoology 33: 289-298.

 

נספחים

נספח 1





רשות הטבע והגנים החברה להגנת הטבע Israel Nature and Parks Authority Society for the Protection of Nature in Israel