Un nou model matemàtic prediu amb més fiabilitat la mortalitat per calor dels organismes

04/09/2020

Davant l'escalfament global, trobar eines per predir de la manera més fiable possible la mort per calor d'un organisme i les seves probabilitats de supervivència suposa un gran repte. Especialment en els animals més petits, en què la temperatura pot fluctuar notablement dins d'un mateix dia o estació.

El model proposat en l'estudi pels investigadors Mauro Santos (Departament de Genètica i de Microbiologia, UAB), Enrico L. Rezende i Francisco Bozinovic (Universitat Catòlica de Xile) i András Szilágyi (Eötvös Loránd University, Hongria) parteix de la premissa que l'impacte acumulatiu de qualsevol estrès tèrmic varia amb la temperatura i amb el temps. Al seu judici, suposa un canvi de paradigma per predir la mortalitat per temperatures extremes des d'un model estàtic basat en un límit crític a un altre dinàmic, més sòlid i realista.

Actualment s'utilitzen enfocaments estàndard basats en el concepte de "marge de seguretat tèrmica", que és la diferència entre la màxima tolerància d'una espècie a la calor (l'anomenada CTmax) i la temperatura ambiental màxima que experimenta aquesta espècie sobre el terreny. 

Segons els investigadors, aquest marge de seguretat tèrmica sol ser sorprenentment alt per a les espècies que habiten en latituds mitjanes (entre 23.5ºC fins a uns 66.5ºC en tots dos hemisferis), la qual cosa suggereix que molts ectoterms (animals de sang freda) podrien suportar fàcilment temperatures d'estiu de fins a 20°C per sobre de la mitjana actual. No obstant això, aquest enfocament té fortes limitacions perquè els efectes nocius de l'estrès tèrmic s'acumulen amb el temps, i en centrar-se només en el punt final (CTmax) s'ignora per complet la funció de supervivència o la proporció d'individus que arribaran a aquest punt. 

“Amb el model que hem desenvolupat mostrem que una sola funció de supervivència o probabilitat de mort, que depèn de la temperatura i del temps que transcorre fins que l'organisme mori per estrès tèrmic, descriu perfectament els resultats obtinguts en el laboratori per a 11 espècies de mosques Drosophila”, explica Mauro Santos.

A més, quan el model s'aplica a dades de camp utilitzant la informació horària de temperatura ambiental des de mitjan hivern fins a finals d'estiu en una localitat xilena situada a una latitud mitjana (Santiago) es prediu un col·lapse poblacional de l'espècie Drosophila subobscura cap a mitjans o finals d'estiu. Això és exactament el que s'ha observat en aquesta localitat durant 8 anys consecutius, tot i que la temperatura màxima ambiental sempre ha estat molt per sota del CTmax d'aquestes mosques.

“Els col·lapses poblacionals previstos s'acceleraran amb l'escalfament global. El missatge amb què ens hem de quedar és que les actuals inferències basades en CTmax subestimen la vulnerabilitat de les espècies a l'escalfament climàtic i a les temperatures extremes, que seran cada vegada més freqüents. Allò que encara falta és una comprensió mecanicista de la mortalitat relacionada amb l'estrès tèrmic a altes temperatures”, conclou l'investigador de la UAB.

El model proposat no es restringeix a les mosques Drosophila, ja que en principi pot ser aplicat a uns altres ectoterms, la supervivència dels quals pot ser mesurada en el laboratori i en microhàbitats tèrmics estimats amb precisió sobre el terreny.

Mortalitat acumulada del 1984 al 1991 (anys en què s'ha estimat l'abundància de Drosophila subobscura en una població de Santiago de Xile) i impacte previst per l'efecte de l'escalfament global utilitzant dades de temperatura des del 2014 al 2018 i el nou model matemàtic proposat. En blau s'estima la mortalitat per a mosques que s'han desenvolupat a baixa temperatura i en vermell per a les que s'han desenvolupat a una temperatura més elevada, que correspondria aproximadament a la temperatura mitjana de finals de la primavera austral a Santiago. La funció de supervivència en vermell prediu el col·lapse poblacional cap a mitjans o finals de l'estiu austral, coincidint amb les dades d'abundància poblacional, en què s'observa que Drosophila subobscura pràcticament desapareix d'aquesta localitat a l'estiu. A partir de les dades de CTmax d'aquesta espècie no prediríem cap mortalitat a l'estiu.

Referència: Enrico L. Rezende; Francisco Bozinovic, András Szilágyi, Mauro Santos. Predicting temperature mortality and selection in natural Drosophila populations. Science  04 Sep 2020. Vol. 369, Issue 6508, pp. 1242-1245. DOI: 10.1126/science.aba9287