Nøglefaktor kan mangle i modeller, der forudsiger sygdomsudbrud fra klimaændringer

Ny forskning fra Indiana University tyder på, at computermodeller, der bruges til at forudsige spredningen af ​​epidemier fra klimaændringer - såsom afgrødeskimmel eller sygdomsudbrud - muligvis ikke tager højde for en vigtig faktor i forudsigelsen af ​​deres sværhedsgrad.

En undersøgelse for nylig offentliggjort i tidsskriftet Økologi har fundet ud af, at patogener, der vokser inde i organismer ved højere temperaturer, producerer afkom, der forårsager højere infektionsrater sammenlignet med patogener, der vokser inde i organismer ved lavere temperaturer. Dette tyder på, at klima kan forårsage en "ekkoeffekt" i fremtidige patogener, i sidste ende gør dem mere smitsomme.

"Det er velkendt, at miljøet kan påvirke afkom på tværs af generationer i planter og dyr, " sagde Spencer Hall, en professor ved IU Bloomington College of Arts and Sciences' Biology Department, som er seniorforfatter på undersøgelsen. "Denne undersøgelse er en af ​​de første, der tyder på, at lignende effekter på tværs af generationer forekommer i parasitter og patogener."

Arbejdet blev ledet af Marta Strecker Shocket, en ph.d. studerende i Halls laboratorium på studietidspunktet. Hall er også medlem af Environment Resilience Institute ved IU, del af IU Prepared for Environmental Change Grand Challenge.

"Hvis tidligere miljøforhold påvirker hyppigheden eller sværhedsgraden af ​​fremtidige infektioner, så tager de nuværende klimamodeller ikke en vigtig faktor i betragtning, når de forudsiger trusler fra klimaændringer, " sagde Shocket, som nu er postdoc-forsker ved Stanford University. "Dette kan omfatte trusler mod dyr, planter og mennesker."

Forskernes analyse bygger til dels på forskning i vandlopper udført ved tre ferskvandssøer i det sydlige Indiana, hvor Halls laboratorium har indsamlet prøver siden 2009. Beliggende på stedet for en tidligere kulmine i Green-Sullivan State Forest i Linton, Indiana, søerne er lokalt kendt som Lake Gambill, Lake Clear og Lake Scott.

Vandlopper, også kendt som Daphnia, er små krebsdyr, der bidrager til søernes sundhed ved at fodre med alger. Uden disse organismer til at kontrollere alger, en sø kan hurtigt nedbrydes til en saftig bryg, der minder om ærtesuppe.

Vandlopper er modtagelige for infektion fra et svampepatogen kaldet Metschnikowia, som formerer sig inde i vandlopper som nålelignende sporer, der formerer sig, indtil de dræber dem og bryder ud af deres kroppe for at inficere den næste generation. Et enkelt efterår kan producere seks til 10 generationer af sporerne, med op til 60 procent af vandlopper inficeret på epidemiens højdepunkt.

Til studiet, Shocket udførte laboratorieforsøg, der fandt ud af, at svampen forårsagede flere infektioner, når der blev observeret højere temperaturer i de tidligere generationer af vandlopper. Hun foretog derefter forskning på området for at sammenligne laboratorieresultaterne med friske søprøver indsamlet i det sene efterår.

Analysen viste, at en stigning på kun 6,5 grader Fahrenheit forårsagede, at svampesporerne blev to til fem gange mere tilbøjelige til at inficere en ny vært.

Shocket sagde, at yderligere forskning er nødvendig for at udforske disse effekter i andre patogensystemer, især da de kan have indflydelse på landbruget. Dette skyldes, at virkningen af ​​klima på tværs af generationer i parasitter er mere tilbøjelige til at have en indvirkning på koldblodede værtsorganismer, såsom afgrødeplanter eller de insekter, der spiser dem.

Undersøgelsen indeholder også matematiske metoder til at forudsige effekten af ​​temperaturændringer på sporesmitte på tværs af generationer. Hall sagde, at principperne bag disse modeller potentielt kunne forbedre andre simuleringer, der trækker på mange faktorer til at forudsige sygdomsudbrud.

"Oversættelsen af ​​observationsdata til beregningsmodeller er vigtig inden for økologi, da naturen er så rodet, "Føjede han. "Forfinelsen af ​​algoritmerne til at forudsige risici fra klimaet er et afgørende skridt i vores evne til at forberede os på miljøændringer."