Cómo un entomólogo explora las plagas de insectos en los agroecosistemas del medio oeste

Adrián Pekarcik, Ph.D. (izquierda), muestra a los investigadores graduados Matt Lorentz (centro) y Kim Gault (derecha) cómo tomar muestras de larvas de escarabajos asiáticos de jardín usando un cortador de vasos para hoyos de golf.

Por Karl Roeder, Ph.D.

Nota del editor: Esta es la siguiente publicación de la serie "ECP sobresalientes" aportada por el Comité de profesionales de carrera temprana (ECP) de la Sociedad Entomológica de América que destaca a los ECP sobresalientes que están haciendo un gran trabajo en la profesión. (Un ECP se define como cualquier persona dentro de los primeros cinco años después de obtener su título final en su campo). Lea las publicaciones anteriores en la serie de ECP sobresalientes.

Adrián Pekarcik, Ph.D.

Adrian Pekarcik, Ph.D., es un nuevo entomólogo investigador en el Servicio de Investigación Agrícola del Departamento de Agricultura de EE. UU. (USDA-ARS). Su investigación se centra en identificar prácticas de manejo de plagas efectivas y sostenibles en cultivos herbáceos. Anteriormente, Adrian trabajó con Alana Jacobson, Ph.D., en pulgones de la caña de azúcar en sorgo en Alabama y con Kelley Tilmon, Ph.D., en escarabajos asiáticos de jardín en maíz y soya en Ohio. Adrian ha recibido varios premios y becas por su trabajo, incluida una beca predoctoral del Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura (NIFA) del USDA y una beca de Investigación y Educación en Agricultura Sostenible (SARE) del Centro Norte del USDA. A continuación, le hacemos algunas preguntas a Adrian sobre su investigación.

Roeder: Durante sus estudios de posgrado, trabajó en varios sistemas de cultivo diferentes con una variedad de plagas. ¿Siempre te han interesado los agroecosistemas y los insectos?

Pekarcik: De hecho, nunca tuve la intención de estudiar insectos como estudiante universitario. Empecé como estudiante de pre-medicina hasta que estudié química orgánica. Así que comencé a tomar más cursos de ecología y biología vegetal y realmente encontré mi nicho. Pensé que iba a estudiar ecología vegetal hasta que asistí a la Granja Experimental Blandy de la Universidad de Virginia REU [Research Experiences for Undergraduates] programa en el State Arboretum of Virginia.

En Blandy, muchas noches se pasaron deambulando por los terrenos del arboreto con los otros estudiantes en busca de los insectos que los habitaban. Estaba fascinado por la diversidad y abundancia de especies en el arboreto y emocionado por el próximo insecto que volaría hacia cualquier luz exterior. Finalmente tomé un curso de entomología en mi último año y supe que era algo en lo que quería hacer una carrera. Durante mi último año en la Universidad Wesleyan de Ohio, completé una tesis con honores con el Dr. Laurie Anderson analizando la influencia del tipo de uso de la tierra (p. ej., pasto cortado, hábitat ribereño restaurado y bosque) en las comunidades de hormigas. Esta experiencia me motivó a realizar un posgrado en entomología.

Durante mi maestría en la Universidad de Auburn, ingresé al laboratorio del Dr. Alana Jacobson y cambio de marcha. Estudié el pulgón de la caña de azúcar, Melanaphis sorghi, una nueva plaga del sorgo en Alabama en ese momento (2014). ¡Su biología era fascinante! Las poblaciones consistían en hembras partenogénicas que necesitaban sobrevivir en plantas vivas durante todo el invierno, ya que no había estado de huevo. Curiosamente, solo se informaron cinco hombres en todo el mundo. Las hembras tienen un telescopio generacional, lo que significa que la progenie que se desarrolla dentro de una hembra ya está desarrollando su propia descendencia. Se reproducen por nacimiento vivo y pueden tener hasta ocho hijos en un período de 24 horas, lo que permite un crecimiento exponencial. Las poblaciones alcanzarían rápidamente cientos de miles de pulgones por hoja en unas pocas semanas.

Realicé pruebas de insecticidas, evalué variedades de sorgo disponibles comercialmente para la resistencia de la planta huésped y evalué combinaciones de tácticas para desarrollar un plan de manejo integrado de plagas. Esa fue mi primera experiencia en agricultura, sin mencionar el manejo de plagas. La gravedad del pulgón de la caña de azúcar en el sorgo fue una experiencia reveladora, e identificar y evaluar las herramientas de manejo que minimizarían la presión de la plaga y aumentarían la productividad me dio un sentido de propósito; Estaba trabajando por algo mucho más grande que yo.

Esto me motivó a seguir un doctorado. en entomología con el Dr. Kelley Tilmon, entomóloga de plantaciones de campo en el estado de Ohio. Pasé los últimos 5 años estudiando el escarabajo asiático del jardín, Maladera formosas (sí. M. Castanea), que surgió como una plaga importante del maíz en el norte de Ohio, el sur de Michigan y el norte de Indiana ya en 2007.

Adrián Pekarcik, Ph.D. recolecta núcleos de suelo de un campo de maíz en el noroeste de Ohio en busca de nematodos entomopatógenos naturales.

Adrian Pekarcik, Ph.D., recopila datos de defoliación de soja durante la pandemia en agosto de 2020.

¿Cuál es el desafío de investigación más interesante que encontró y cuál fue su enfoque para resolverlo?

Estudiar el escarabajo asiático del jardín (AGB) mientras estaba en Ohio fue el mayor desafío al que me he enfrentado hasta la fecha. Cuando comencé mi investigación, rápidamente me di cuenta de que la mayor parte de la literatura primaria se originó en la década de 1930 en los sistemas de horticultura y césped de Long Island, Nueva York y Nueva Jersey. Sin embargo, casi 100 años después, el AGB surgió como una plaga importante al principio de la cosecha de maíz en la región de los Grandes Lagos, por razones desconocidas.

Las larvas que pasaron el invierno reanudan su alimentación en la primavera, mientras que los agricultores de la región plantan maíz. Alimentar la raíz larvaria hace que las plántulas de maíz se marchiten, se marchiten, se decoloren y mueran, lo que provoca grandes pérdidas de plantas bajo alta presión. Se estaban reportando infestaciones en campos tratados con insecticidas aplicados a semillas o surcos. Los productos comúnmente utilizados para AGB en los sistemas de pasto aparentemente no fueron efectivos en los cultivos de campo. Los agricultores tuvieron poco éxito en el manejo de esta plaga y hubo poca o ninguna información sobre esta especie para la región o el sistema, aparte de las observaciones anecdóticas.

Necesitaba reevaluar la distribución temporal y espacial de AGB en los sistemas de cultivo de campo en la región de los Grandes Lagos para mejorar la gestión de la ayuda. Esta fue también la primera vez que realicé una investigación en finca, a diferencia de los estudios de parcelas pequeñas. Trabajé en estrecha colaboración con los educadores de extensión de OSU en la región afectada para aprender más de sus experiencias en el municipio y conocer y aprender de los agricultores afectados que han tratado con AGB de primera mano. Estas conversaciones finalmente guiaron mis objetivos de investigación.

En particular, fue evidente que la alimentación de las larvas se concentró en los suelos arenosos de cada campo. Esta región tiene abundantes suelos arenosos dejados por eventos de glaciación. Como resultado, concentré mis esfuerzos en suelos arenosos y cubrí un área manejable de 5 acres que incluía algunos suelos más pesados. Primero, evalué los métodos de muestreo para larvas y adultos de AGB (un escarabajo) que eran rentables y viables para los sistemas de cultivo de campo. Después de identificar los mejores métodos de muestreo, me reuní con investigadores de la Universidad Estatal de Michigan, donde establecimos una extensa red de muestreo de AGB en Ohio y Michigan en coordinación con el equipo de extensión para continuar evaluando la distribución temporal y espacial de AGB en cultivos de campo.

Esta investigación de campo proporcionó muchas observaciones que llevaron a proyectos adicionales que investigan nematodos entomopatógenos, como el control biológico, la distribución espacial a través de SIG y el trabajo de genética de poblaciones para tratar de comprender por qué las poblaciones comenzaron a infestar el maíz.

A medida que continúa trabajando en agroecosistemas, ¿qué pregunta/hipótesis/tema le interesa más? ¿Es porque?

En última instancia, quiero identificar estrategias de manejo de plagas naturales sostenibles a largo plazo que promuevan insectos benéficos y reduzcan el uso de pesticidas. Los pesticidas son un recurso increíble cuando se usan correctamente en niveles de umbral económicos. Sin embargo, pueden usarse en exceso, lo que conduce a otros problemas, como la resistencia a los insecticidas y la falla del producto, así como a la escorrentía y los efectos subletales en los organismos benéficos, como los polinizadores y los depredadores. De lo contrario, algunas plagas de insectos son poco conocidas y difíciles de detectar, monitorear y matar con insecticidas. Es importante que tengamos estas herramientas eficaz durante el mayor tiempo posible para la seguridad alimentaria.

Para garantizar esto, estoy más interesado en identificar soluciones sostenibles y resistentes a los problemas de manejo de plagas de insectos en cultivos de campo (por ejemplo, maíz y soja). En particular, quiero aprender más sobre los organismos benéficos en los sistemas de cultivo y determinar qué prácticas agrícolas tienen el menor impacto en sus poblaciones. Al tomar medidas para promover poblaciones beneficiosas, las tasas de depredación, parasitismo o infección deben aumentar y, en última instancia, suprimir las poblaciones de plagas de insectos por debajo de los niveles económicamente dañinos.

También estoy interesado en realizar estudios a largo plazo para evaluar la resistencia de los organismos benéficos a diversas prácticas de manejo para determinar cuándo se vuelven rentables para el tiempo, los esfuerzos y los costos del agricultor. En última instancia, quiero producir herramientas de gestión que sean significativas para las partes interesadas y que realmente se implementen.

Adrián Pekarcik, Ph.D. (izquierda), guía a los investigadores graduados (de izquierda a derecha) Kim Gault, Mady Ferguson y Matt Lorentz mientras recopilan datos para un estudio de invernadero que evalúa el desarrollo de larvas con diferentes dietas.

Adrián Pekarcik, Ph.D. (derecha), y la investigadora graduada Megan Zerrer (izquierda) detallan un experimento de invernadero que evalúa la eficacia de especies de nematodos entomopatógenos aisladas de campos de maíz infestados de escarabajos asiáticos en el noroeste de Ohio contra las larvas de escarabajos.

Adrian Pekarcik, Ph.D., comparte los resultados de la investigación sobre el escarabajo asiático de jardín (AGB) con investigadores universitarios, agentes de extensión, partes interesadas locales y representantes de la industria durante la Cumbre AGB celebrada en febrero de 2020.

Como entomólogo investigador del USDA, ¿está cambiando el tema a un nuevo tema? ¿Podría contarnos más sobre los objetivos principales de su próxima encuesta?

En lugar de centrarme en plagas de insectos individuales, comenzaré a investigar los organismos benéficos que habitan en el suelo, como los nematodos entomopatógenos (EPN) y los escarabajos terrestres presentes en los cultivos de campo del centro-norte, y comprenderé cómo las prácticas agrícolas, como la labranza o la cobertura, influyen en su distribución y capacidad. para infectar/depredar poblaciones de plagas.

Los EPN son parásitos obligados de insectos que se encuentran naturalmente en todos los suelos (excepto en la Antártida) y pueden sobrevivir en condiciones ambientales extremas incluso en ausencia de insectos huéspedes. Aprendí por primera vez sobre las EPN a través de una beca SARE de la Región Centro Norte, donde aislé especies de campos de maíz infestadas con AGB y evalué su capacidad para infectar y matar larvas en el invernadero y en el campo. Este verano, llevaré a cabo una investigación similar y primero identificaré las EPN naturales presentes en una rotación de maíz y soja cultivada y no cultivada en el este de Dakota del Sur. Esto nos permitirá saber si la rotación de cultivos o la preparación del suelo influyen en la presencia y persistencia de las especies EPN. A continuación, evaluaré la capacidad de las EPN aisladas para tolerar el frío y el calor extremos y la desecación, y para infectar huéspedes como las larvas del gusano del maíz y las orugas, que son muy susceptibles a la infección por EPN.

El objetivo final de este trabajo es establecer poblaciones locales de las EPN más resistentes en campos completos que persistirán durante años después de la aplicación inicial. Esto aumentará las posibilidades de que las larvas de insectos en el suelo se encuentren y se infecten con EPN.

De lo contrario, también estoy interesado en cómo las prácticas agrícolas como la labranza y la rotación de cultivos afectan la actividad, la diversidad y las tasas de depredación de depredadores como los escarabajos terrestres. Pude participar en un proyecto colaborativo que evaluó la influencia de los cultivos de cobertura de soya sobre las babosas (plagas) y los escarabajos terrestres (depredadores) a lo largo del tiempo. Este verano, también identificaré las especies de escarabajos terrestres presentes a lo largo de la temporada de crecimiento en las mismas parcelas de maíz y soya cultivadas y no cultivadas que se utilizarán para tomar muestras de EPN.

La identificación de prácticas de gestión agrícola que no afecten a las comunidades beneficiosas puede ayudar a aumentar las tasas de infección de EPN y las tasas de depredación de escarabajos terrestres en el maíz y la soja y reducir o eliminar la necesidad de insecticidas.

Habiendo defendido recientemente su tesis, ha ¿Algún consejo para los estudiantes universitarios interesados ​​en la escuela de posgrado o incluso para los nuevos estudiantes de posgrado que recién comienzan su viaje?

Mi primer consejo para todos los estudiantes universitarios que están pensando en obtener un título de posgrado en ciencias es obtener primero una maestría, incluso si están bastante seguros de querer un doctorado. Aprendí los fundamentos del diseño experimental, el análisis de datos y cómo presentar mis hallazgos durante mi maestría, mientras cometía todos los errores en el camino. Aprendí muchas lecciones valiosas durante mi maestría que me dieron una mentalidad muy diferente al hacer mi doctorado (que trataba sobre una plaga de insectos y un sistema agrícola diferente) que me dio un comienzo productivo. Además, tuve que tomar menos cursos durante mi doctorado porque ya los completé. Esto me permitió tomar asignaturas optativas de SIG y tener más tiempo para la investigación.

Luego, todos los estudiantes deben utilizar los recursos de su universidad (p. ej., la experiencia de los miembros de la facultad, capacitación en equipos especializados, asignaturas optativas, recursos de salud mental, servicios de biblioteca, redes de divulgación, descuentos, etc.), que usted paga con la matrícula y los estudiantes. aranceles Por ejemplo, la biblioteca de la Universidad de Auburn entregaría libros directamente a los estudiantes de posgrado en el campus. Durante mi doctorado, también me propuse publicar un artículo con cada uno de los miembros de mi comité para asegurarme de aprender algo de cada uno de ellos durante la escuela de posgrado.

Finalmente, siempre haga preguntas cuando las tenga. Puede ser difícil navegar por el plan de estudios de posgrado, saber qué formularios completar y cuándo enviarlos, o si una técnica de investigación vale la pena. Si le pregunta a su asesor o a un miembro de la facultad, colegas graduados o miembro del personal, alguien lo orientará en la dirección correcta. Pedir aclaraciones o ayuda a otros le ahorrará un tiempo precioso.

Finalmente, ¿cuál es tu insecto favorito y por qué?

Esta es una pregunta que recibo todo el tiempo, y es la más difícil de responder. Los insectos son extremadamente diversos, con varios millones de especies estimadas. También realizan una amplia gama de servicios ecosistémicos de los que dependemos. Tuve el privilegio de ser voluntaria en el Bug Zoo de Ohio State, donde Jeni Filbrun crea y mantiene exhibiciones con artrópodos vivos de todo el mundo. Me gustaron especialmente los escarabajos azules falsos de la muerte, que hicieron exactamente lo que su nombre indica. Los estudiantes de primaria se sorprendieron al ver a los escarabajos haciéndose los muertos y estaban más que dispuestos a lidiar con los especímenes.

También me gustaban los bastones australianos, que se balanceaban de un lado a otro para imitar el movimiento de una rama cada vez que pasaba alguien. Coincidentemente, tuvimos reuniones en el Bug Zoo en nuestro edificio de entomología anterior, y los artrópodos encontraron formas de interrumpir. Una vez, la tarántula de pelo rosado cayó del techo de su recinto e hizo un ruido sordo mientras defendía a un estudiante. Los grillos comedores cantan en el momento adecuado en muchas ocasiones, y de vez en cuando algo se suelta.

¡Gracias Adriano! Puede obtener más información sobre el trabajo de Adrian a través del Laboratorio de Plagas de Insectos Agronómicos de la Universidad Estatal de Ohio. o tu perfil de Google Académico.

Karl Roeder, Ph. D., es entomólogo investigador en el Servicio de Investigación Agrícola del USDA en Brookings, Dakota del Sur y representante de la Rama Norte Central en el Comité de Profesionales de Carrera Temprana de la ESA. Correo electrónico: karl.roeder@usda.gov.

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