INSECTICIDA DERIVADO DEL VENENO DE UNA ARAÑA

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La creciente resistencia de insectos herbívoros a los insecticidas destinados a erradicarles de los campos de cultivo en los que causan estragos obliga a adoptar soluciones más contundentes, y una de ellas es buscar ayuda en el laboratorio químico natural del metabolismo de las arañas, depredadoras de esos insectos. Una investigación reciente indica que una proteína del veneno de una araña puede servir como bioinsecticida para aniquilar a ciertos insectos que son una plaga preocupante en muchos campos de algodón.

Una proteína del veneno de la araña Selenotypus plumipes podría servir como bioinsecticida para aniquilar a ciertos insectos que son una plaga preocupante en muchos campos de algodón. (Foto: Margaret C. Hardy. CC BY 3.0)

 

Los venenos de las arañas suelen ejercer su toxicidad cuando son inyectados dentro de la víctima, pero la nueva proteína descubierta en el veneno de una araña australiana, la Selenotypus plumipes, puede también matar con facilidad a los insectos que ingieran un poco de esta sustancia. En la investigación llevada a cabo por el equipo de Glenn King y Margaret Hardy, del Instituto de Biociencia Molecular en la Universidad de Queensland en Australia, se ha comprobado que la proteína referida, al ser ingerida, es fulminante para el insecto de la especie Helicoverpa armigera, uno de los principales culpables de los estragos sufridos por bastantes campos agrícolas.
La proteína, denominada OAIP-1, resultó muy tóxica para los insectos que la consumieron, con una contundencia similar a la del insecticida sintético imidacloprid.
El Helicoverpa armigera y otros insectos culpables de graves pérdidas en las cosechas reducen éstas en un porcentaje de entre el 10 y el 14 por ciento cada año, y dañan entre el 9 y el 20 por ciento de los alimentos almacenados que derivan de estos cultivos. Además, algunas especies de estos insectos se han vuelto resistentes a los insecticidas disponibles en el mercado.

Algunos péptidos aislados de venenos de arañas o de otros animales venenosos insectívoros, como por ejemplo los escorpiones y los ciempiés, podrían quizá servir como bioinsecticidas.
Otra opción sería emplear los genes que codifican estos péptidos para agregarlos a los vegetales, obteniendo así variedades de cultivos resistentes a los insectos, gracias a que esos vegetales matarían a los insectos que intentasen comerlos, o les harían desistir de seguir intentándolo.
Otra opción, parecida a ésta última sería la de agregar dichos genes a los microbios, presentes en campos agrícolas, que atacan específicamente a esos insectos herbívoros.
En la investigación también han trabajado Norelle L. Daly, Mehdi Mobli y Rodrigo A. V. Morales.

COMBATIR CON INSECTOS PLAGAS DE INSECTOS

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Recurrir a los enemigos naturales de una especie para librarse de ella es una buena táctica cuando no es viable o recomendable valerse de procedimientos químicos, como por ejemplo insecticidas si la amenaza es una plaga de insectos herbívoros.

A la izquierda, escarabajo Agrilus Planipennis. A la derecha, avispa Tetrastichus planipennisi. (Fotos: USDA)

Un ejemplo reciente del éxito de esta táctica de combatir con insectos plagas de insectos lo tenemos en lo que está sucediendo con el escarabajo de la especie Agrilus Planipennis, un insecto que como responsable de plagas es relativamente nuevo en bastantes de las zonas en las que está causando estragos últimamente. Solo en Estados Unidos, ha matado decenas de millones de fresnos desde que fue detectado por primera vez en 2002 en Michigan y Canadá. Se estima que la población de este insecto tiene el potencial para matar a unos 7.000 millones de árboles de ese tipo en bosques urbanos y rurales de su actual zona de proyección. En términos de daños económicos, eso equivale a decenas de miles de millones de dólares.
Para mantener a raya al escarabajo, poco después de su descubrimiento se comenzó a investigar acerca de sus enemigos naturales, dando como resultado un programa de control biológico clásico por medio de tres avispas parasitoides originarias del norte de China, donde parecen haberse originado las poblaciones del escarabajo ahora aposentadas en Estados Unidos. Después de que la investigación biológica, la crianza en laboratorio, y otros trabajos preliminares se completaran en 2007, las autoridades estatales y federales aprobaron la liberación en el medio ambiente de estas avispas en más de una docena de estados.
Una vez soltadas las avispas y transcurrido un tiempo suficiente como para poder ver resultados, se ha hecho una investigación sobre la propagación de una de las especies, Tetrastichus planipennisi Yang. Los autores del estudio han encontrado que las poblaciones de estas avispas parasitoides se han incrementado y expandido en Michigan, lo que sugiere que estarían cumpliendo una función crítica en la supresión del escarabajo en dicho estado.

Estas pequeñas avispas, que no pican a los humanos, ponen sus huevos encima o dentro de las larvas de escarabajo. El equipo de Jian J. Duan, del Servicio de Investigación Agrícola del Departamento estadounidense de Agricultura (USDA-ARS), tomó muestras de árboles para comprobar la presencia de nidadas de avispas en seis sitios boscosos cerca de Lansing, Michigan. En el otoño de 2012, la proporción de los árboles examinados que resultaron tener una o más nidadas de T. planipennisi se habían incrementado de un 33 por ciento a un 92 por ciento en las parcelas donde las avispas fueron soltadas. En concordancia con esto, el parasitismo ejercido por las avispas contra los escarabajos creció de un 1,2 por ciento en el primer año tras la liberación de los insectos parasitoides, a un 21,2 por ciento en la nueva medición.
Los resultados de este estudio se han dado a conocer a través de la revista académica Journal of Economic Entomology, publicada por la Sociedad Entomológica de América, la mayor organización al servicio de las necesidades profesionales y científicas de entomólogos y profesionales afines en el mundo. Fundada en 1889, esta organización hoy en día cuenta con más de 6.000 miembros afiliados.

DESCRIBEN POR PRIMERA VEZ LOS GENES DEL OLIVO

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Un grupo interdisciplinar de científicos, entre los que se encuentra personal investigador de la Universidad de Jaén, ha descrito por primera vez el transcriptoma del olivo, es decir, la parte del genoma donde se hayan la mayoría de genes y de mayor información relevante, lo que va a facilitar el desarrollo de proyectos relacionados con la mejora de este árbol y la calidad de su fruto.

 Tipos de muestras estudiadas en el trabajo. / UJA.

Un trabajo internacional, en el que participa la Universidad de Jaén, ha desarrollado un estudio durante los últimos tres años en el que han conseguido describir por primera vez el transcriptoma del olivo, es decir, la parte del genoma donde se hayan la mayoría de genes y de mayor información relevante. El estudio, que publica la revista DNA Research Advance Access, servirá de herramienta útil para el desarrollo de proyectos para conseguir una mayor eficiencia y una reducción de costes a la hora de obtener nuevas variedades mejoradas

Concretamente, se ha secuenciado el 80% de los genes del olivo que están relacionados con el tamaño del árbol, su entrada en producción y la maduración de la aceituna.

“Por primera vez se describen la mayor parte de genes que tiene el olivo, se identifican y anotan las funciones que tienen, lo que va a servir de herramienta a la comunidad científica para desarrollar aplicaciones concretas para distintos problemas”, asegura Francisco Luque, que explica que este trabajo beneficiará directamente a los diferentes proyectos de mejora genética que se desarrollan en Andalucía, “pues redundará en una mayor eficiencia y una reducción de los costes a la hora de obtener nuevas variedades mejoradas”.

Para este trabajo se han estudiado distintos tejidos del olivo en diferentes circunstancias posibles, utilizando muy diversos como frutos, raíces, hojas o semillas, en distintos momentos del desarrollo, tanto del fruto como del árbol, de las variedades picual, arbequina y lechín, de Sevilla.

“Solamente hemos detectado los genes que son utilizados por las células en cada tejido y momento del desarrollo analizados”, especifica el profesor del Departamento de Biología Experimental de la UJA.

Esta investigación se enmarca en el proyecto Oleagen, iniciado en 2008 y financiado por la Fundación Genoma España, IFAPA y Corporación Tecnológica de Andalucía (CTA), cuyo fin era generar el mapa genético del olivo para conseguir información clave para obtener variedades de olivar que garanticen explotaciones más productivas y rentables, así como aceites de mayor calidad o con características más beneficiosas para la salud.

Referencia bibliográfica:

Antonio Muñoz-Mérida, Juan José González-Plaza, Andrés Cañada, Ana María Blanco, Maria del Carmen García-López, José Manuel Rodríguez, Laia Pedrola, M. Dolores Sicardo, M. Luisa Hernández7, Raúl De la Rosa, Angjelina Belaj, Mayte Gil-Borja, Francisco Luque, José Manuel Martínez-Rivas, David G. Pisano, Oswaldo Trelles, Victoriano Valpuesta and Carmen R. Beuzón. "De Novo Assembly and Functional Annotation of the Olive (Olea europaea) Transcriptome", DNA Research Advance Access. 1-16, 7 de enero de 2013. doi: 10.1093/dnares/dss036.

DESCIFRAN UN NUEVO GENOMA DE BACTERIAS IMPLICADAS EN EL APROVECHAMIENTO AGRONÓMICO DEL NITRÓGENO ATMOSFÉRICO

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El grupo de investigación de Ecología Genética de la Rizosfera, de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC) ha secuenciado el genoma de la estirpe GR4 de Sinorhizobium meliloti. Esta bacteria es capaz de fijar el nitrógeno atmosférico posibilitando así la asimilación de éste por las plantas leguminosas con las que establece asociaciones simbióticas en la naturaleza.

Bacteria Sinorhizobium meliloti. Imagen: Francisco Martínez-Abarca.

Un grupo de investigadores de la Estación Experimental del Zaidín (EEZ), centro perteneciente a la Agencia Estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha descifrado el genoma completo de una nueva estirpe (GR4) de la bacteria Sinorhizobium meliloti.

Esta secuenciación ha requerido tan sólo la participación de cinco investigadores pertenecientes a la EEZ, a diferencia de lo que sucedía hace algunos años, cuando eran necesarios grandes consorcios de investigación internacionales para llevar a cabo proyectos de esta envergadura.

“La secuencia definitiva se ha obtenido gracias a una gran cobertura de lecturas, estimada en 70 veces el tamaño del genoma, lo que ha permitido ensamblar el rompecabezas de la secuencia genómica completa de la bacteria. En la actualidad, es una tarea que se desarrolla en pocos meses a diferencia de los años que se requerían hasta hace poco tiempo”, declara Francisco Martínez-Abarca Pastor, uno de los científicos que ha participado en el estudio.

Esta bacteria, perteneciente al género Sinorhizobium, es capaz de fijar el nitrógeno atmosférico posibilitando así la asimilación de éste por las plantas leguminosas con las que establece asociaciones simbióticas en la naturaleza. Este género de bacterias pertenece a un grupo más amplio de microorganismos fijadores de nitrógeno a los que se conoce colectivamente como rizobios y que están asociados a plantas leguminosas forrajeras de gran importancia agronómica.

De esta asociación mutualista, la leguminosa consigue un aporte de nitrógeno que favorece su desarrollo, obteniéndose una mayor producción en los cultivos. Un valor añadido de estas simbiosis es que evita la necesidad de utilizar abonos nitrogenados, ya que la bacteria se encarga de que la planta tenga el correcto aporte de nitrógeno, lo que supone un gran ahorro económico en la agricultura y se evita el deterioro ambiental que causa el uso de fertilizantes químicos.

Genoma GR4

En concreto, la bacteria que ha sido secuenciada por el grupo de investigación de Ecología Genética de la Rizosfera, del Departamento de Microbiología del Suelo y Sistemas Simbióticos de la EEZ-CSIC, es la estirpe de Sinorhizobium meliloti GR4. Este aislado se lleva estudiando desde finales de los años 70 en la EEZ. Es una cepa predominante en colecciones de suelos de Granada en la cual se habían encontrado determinantes genéticos que confieren una mayor competitividad por la formación de nódulos en las raíces de plantas de alfalfa (Medicago sativa).

Este genoma se une a los de otros cuatro aislados de esta especie, Sinorhizobium meliloti, disponibles actualmente en las bases de datos.

El genoma de GR4 consta de 5 unidades replicativas independientes.Las primeras estimaciones apuntan a codifica 6.700 proteínas, y al menos 1066 moléculas de ácido ribonucleico RNA que no se traducen finalmente a proteínas, pero que como éstas pueden tener funciones biológicas muy relevantes, todas ellas por descubrir.

“El estudio funcional de este genoma permitirá profundizar en las bases genético-moleculares que rigen el establecimiento de las simbiosis mutualistas entre los rizobios y las leguminosas así como la optimización de la explotación biotecnológica de estas interacciones de tanta importancia para la sostenibilidad del planeta” concluye Martínez-Abarca.

Referencia bibliográfica:

Martínez-Abarca F, Martínez-Rodriguez L, López Contreras JA, Jiménez-Zurdo JI and Toro N (2013) “Complete Genome Sequence of the Alfalfa Symbiont Sinorhizobium/Ensifer meliloti Strain GR4. Genome Announcements 1: In press.

La secuenciación de este nuevo genoma, de 7.12 millones de pares de bases (Mbp), se ha llevado a cabo mediante la plataforma de alto rendimiento 454 GS FLX Titanium (Roche Diagnostic) en el marco del Proyecto de MICROGEN: Microbial Comparative Genomics- CSD 2009-0006, dentro del programa Consolider-Ingenio del Ministerio de Economia y Competitividad. 

LOS CIENTÍFICOS PROPONEN APROVECHAR LAS TIERRAS 'MARGINALES' PARA PRODUCIR BIOCOMBUSTIBLES

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Las tierras inadecuadas para la siembra de alimentos podrían ser lugares apropiados para la producción de cultivos con los que obtener biocombustibles, según un estudio de un equipo internacional de científicos que publica la revista Nature.

Árboles híbridos de álamo para la creación de biomasa celulósica en la Estación Biológica Kellogg (KBS) en Michigan (EE UU). Imagen: Universidad Estatal de Michigan.

Un trabajo publicado en la revista Nature sugiere que las tierras marginales podrían generar una proporción sustancial de grano para biocombustibles, lo que facilitaría el cumplimiento del objetivo fijado por EE UU para 2022.

La norma conocida como Estándar de Combustibles Renovables de 2007 (RFS, por sus siglas en inglés) dictamina que las refinerías deben mezclar cierta cantidad de biocombustibles renovables en sus carburantes y la industria producir 136 mil millones de litros de biocombustible de forma global hasta esa fecha.

“Las tierras que hoy son marginales puede que no lo sean en el futuro, debido a la creciente demanda de terreno en todo el mundo para producir alimentos y piensos. Sin embargo, el uso de este tipo de tierras es una buena oportunidad para cubrir las necesidades actuales de biocombustibles, si no son necesarias para otros usos como, por ejemplo, la conservación de la biodiversidad”, declara a SINC Klaus Butterbach-Bahl, coautor del estudio e investigador del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (Alemania).

Las políticas para fomentar la producción de biocombustibles en los EE UU y Europa han provocado que terrenos que se dedicaban anteriormente para la alimentación se hayan reconvertido a la producción de etanol con grano.

“Este cambio puede tener consecuencias negativas, como el aumento de las emisiones de dióxido de carbono y la reducción de la cantidad de tierra fértil disponible para satisfacer la creciente demanda de alimentos”, explican los investigadores.

El equipo de científicos evaluó el potencial de las tierras marginales en el medio oeste de EE UU para la producción de bioenergía y mitigar así las emisiones de gases de efecto invernadero. Según sus resultados, estas zonas podrían producir biomasa suficiente para satisfacer aproximadamente el 25% de la meta fijada para 2022.

“El aumento de la población humana y la necesidad futura de alimentos restringirá potencialmente el cultivo para la producción de biocombustibles. Por otra parte, el uso de cultivos alimentarios (como maíz o soja) para biocarburante puede afectar al precio de los alimentos y a las decisiones del uso del suelo. Por lo tanto, pensamos que el uso de las tierras marginales y los biocarburantes celulósicos representan una práctica de gestión optima”, apunta a SINC Ilya Gelfand, otro de los autores del trabajo e investigador de la Universidad Estatal de Michigan (EE UU).

Actualmente los biocombustibles celulósicos —combustibles líquidos derivados de partes no comestibles de las plantas— están en desarrollo, por lo que las evidencias basadas en esta investigación siguen a la espera de los resultados de la producción a gran escala de dichos biocombustibles.

Referencia bibliográfica:

Ilya Gelfand, Ritvik Sahajpal, Xuesong Zhang, R. Ce´sar Izaurralde, Katherine L. Gross y G. Philip Robertson. “Sustainable bioenergy production from marginal lands in the US Midwest”, Nature 493, 17 de enero de 2013. doi:10.1038/nature11811

MODELOS DE SIMULACIÓN DE CULTIVOS PREDICEN LOS EFECTOS DE EL NIÑO Y LA NIÑA EN ESPAÑA

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Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid y de la Universidad Complutense de Madrid han desarrollado un estudio conjunto sobre los efectos de la variabilidad climática global en los cultivos de verano en la Península Ibérica.

Se realizaron las simulaciones con datos meteorológicos observados a diario procedentes de la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET). Imagen: intef

La variabilidad climática y los cambios en la frecuencia de los eventos extremos tienen un impacto directo sobre los rendimientos de los cultivos y los daños en las cosechas. Los grupos AgSystems de la ETSI Agrónomos de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y TROPA de la Facultad de Ciencias Físicas de la UCM dentro del clúster Cambio Global y Nuevas Energías del Campus de Excelencia Internacional Campus Moncloa, están estudiando la simulación de las tendencias futuras de las anomalías del clima y de los rendimientos agrícolas que nos ayudará a adaptar un sistema de cultivo para aprovechar las condiciones favorables o reducir los efectos de las condiciones adversas.

El fenómeno de El Niño es un calentamiento de las aguas en el Pacífico Ecuatorial oriental, que afecta no solo a los trópicos sino también a las latitudes medias. El fenómeno contrario se denomina La Niña y se caracteriza por un enfriamiento de las aguas en dicha región. Ambos fenómenos influyen en el clima a nivel global pero los efectos son diferentes dependiendo de la región. El fenómeno El Niño se utiliza en algunos países (por ejemplo Australia) como ayuda para caracterizar la estación de cultivo siguiente.

Hasta ahora no se había encontrado una relación clara de este tipo para nuestro país, pero los resultados preliminares del equipo AgSystems-TROPA indican que el índice El Niño puede ser útil para este propósito también en la Península Ibérica. Para ello se esta realizando un trabajo multidisciplinar relacionando las variaciones en el rendimiento agrícola con las alteraciones sufridas por la temperatura de la superficie del mar a nivel global, ya que el océano representa la principal fuente de predictibilidad del clima en estas escalas.

El grupo AgSystems genera datos de rendimiento simulados con modelos de cultivos, los cuales representan los principales procesos fisiológicos y ecológicos que gobiernan el crecimiento y el desarrollo del cultivo utilizando ecuaciones matemáticas. El modelo de cultivos se calibra y valida con datos experimentales independientes, y tiene en cuenta las condiciones meteorológicas, de suelo y de manejo del cultivo según el lugar de simulación.

 

El cultivo de maíz como referencia

 

El maíz en regadío es el cultivo de referencia utilizado para representar a los cultivos de verano. En el caso particular del estudio, las simulaciones de rendimiento se obtuvieron con el modelo de cultivo CERES Maize, el cual fue calibrado y validado en tres localidades de la Península Ibérica con diferentes regímenes de temperatura y precipitación: Lugo, Getafe y Albacete. Se realizaron las simulaciones con datos meteorológicos observados a diario (radiación, precipitación, temperatura máxima y mínima) disponibles para estas localidades, procedentes de la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET). En las simulaciones se introdujeron perfiles de suelos reales y la descripción genética de variedades de maíz y del manejo específico y adaptado a cada una de las localidades.

El equipo TROPA-UCM ha relacionado las fluctuaciones en el rendimiento a lo largo del periodo de estudio con la variabilidad del océano a nivel global en meses precedentes a la cosecha, encontrando relaciones significativas con el fenómeno de El Niño (o La Niña), siendo mucho más claras en los años de rendimientos extremos (altos y bajos rendimientos).

 

La Niña aumenta los cultivos en el norte y los disminuye en el centro y el sureste

 

En particular, se ha encontrado que en el Noroeste de la Península Ibérica, representado por Lugo, los eventos de La Niña están significativamente relacionados con un aumento del rendimiento de maíz, y una disminución durante los años de El Niño. Esta relación es muy clara y aparece desde la primavera, fecha en la que se siembra el cultivo. Sin embargo, en el centro y Sureste de la Península Ibérica (Albacete y Getafe), los años de La Niña se han relacionado con una disminución en el rendimiento del maíz, pudiéndose predecir esta disminución desde estaciones previas al ciclo del cultivo. No obstante, en esta región de la Península no hay un aumento claro del rendimiento en los años de El Niño.

Las relaciones encontradas pueden ser útiles para anticipar anomalías de rendimientos (más altos o bajos de lo normal) lo que puede ayudar a adaptar un sistema de cultivo con antelación: contratación de seguros, cambios en fechas de siembra, elección de especies y variedades, así como cambios en el manejo de la fertilización y el riego y el establecimiento de un sistema de alerta temprana. Los modelos de simulación de cultivos están demostrando ser una herramienta útil para estos propósitos.

PREDICCIONES SOBRE EL DESCENSO DE LA PRODUCTIVIDAD AGRÍCOLA DENTRO DE 40 AÑOS

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Si no se ponen en marcha medidas que lo impidan, en diversas partes del mundo, sobre todo en las naciones en vías de desarrollo, el rendimiento de bastantes de los principales cultivos agrícolas disminuirá por culpa del calentamiento global.

El calentamiento global amenaza con reducir la productividad de los campos agrícolas. (Foto: Amazings / NCYT / JMC)

Ésta es una de las sombrías conclusiones a las que se ha llegado en un estudio hecho público por el Programa de Investigación sobre Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS, por sus siglas en inglés), dependiente del consorcio internacional CGIAR (cuyo nombre deriva de las siglas en inglés de Grupo Consultor sobre Investigación Agrícola Internacional).
Los rendimientos de tres de los cultivos más importantes, el trigo, el arroz y el maíz, disminuirán en muchos países en vías de desarrollo a medida que las temperaturas vayan ascendiendo y la lluvia se vuelva más imprevisible. Ésta es una de las conclusiones del nuevo estudio. En él también se ha hecho un análisis de los efectos potenciales del cambio climático en 22 de los cultivos agrícolas más importantes del mundo.
Para mediados de este siglo, el cambio climático podría causar que los rendimientos de trigo bajo sistemas de irrigación en los países en vías de desarrollo disminuyeran en un 13 por ciento. En el caso del cultivo de arroz bajo sistemas de irrigación en estos mismos países, el descenso podría ser de hasta un 15 por ciento. En África, muchos campesinos que cultivan maíz, el cual no se adapta tan bien a las altas temperaturas como otros vegetales, podría perder de un 10 a un 20 por ciento de su rendimiento actual.
Otras fuentes adicionales de alimento también sufrirán descensos de rendimiento en muchos lugares. El costo de alimentar al ganado con maíz y grano en general, será más caro. Y la disponibilidad de los recursos pesqueros, que son particularmente susceptibles al incremento de las temperaturas y a la mayor salinidad oceánica, será cada vez más escasa.

A las fuentes vegetales de proteínas no les irá mucho mejor. La soja se enfrenta a dificultades crecientes ante la subida del termómetro en diversas zonas. Incluso cultivos vigorosos como el mijo y la lenteja pueden ver mermada su productividad si sufren un calor excesivo.
Las temperaturas superiores y los cambios en los patrones de lluvia perjudicarán a bastantes más cosas que los rendimientos agrícolas. Estos cambios nocivos también alterarán los ecosistemas en los que se apoya la agricultura. Las fuentes de agua dulce, ya un tanto escasas en varias regiones del globo, serán aún más precarias cuando la lluvia se torne menos predecible.
Las alteraciones en los ecosistemas provocadas por el cambio climático pueden propiciar cambios en la intensidad de plagas de insectos herbívoros y epidemias de enfermedades en los vegetales, lo que limitará aún más la producción de alimentos. "De hecho, incluso aunque los cultivos puedan resistir el ascenso de las temperaturas y la escasez de precipitaciones, sus rendimientos podrían caer por culpa de estos otros desastres", subraya Philip Thornton, del CCAFS.