The insect crisis: mechanistic insights into the drivers of extinction

Global climate change threatens biodiversity and the provision and resilience of ecosystem services by compounding the impacts of agricultural intensification on beneficial species that are already in decline. Green Infrastructure (GI) aims to mitigate these impacts by increasing habitat availability and connectivity in fragmented landscapes. In theory, GI should increase population viability by increasing resource availability and facilitating dispersal, but in practice its success is also contingent upon how species use different habitats in heterogeneous landscapes. An understanding of withinseason mobility and an individual’s internal motivation to move is therefore necessary to optimise GI design. For the Lepidoptera, this means accounting for multiple resource use during the life-cycle, from host plants for larvae, to nectar plants for adults and perennial non-host plants for the overwintering life stage. We will construct Individual-Based Models from first principles of energetics and foraging theory to investigate how changes in the distribution and abundance of these plants in both space and time impact fitness and population dynamics. These will be validated against independent datasets using Approximate Bayesian Computation methods. This mechanistic approach will provide a formal framework to model the consequences of a warmer climate on plant preference behaviour and the basis for a Decision-Making Tool to improve GI design and land management.

Livets väv är uppbyggd av interaktioner mellan arter och en av de vanligaste interaktionerna är den mellan växter och växtätande insekter. Interaktioner dem emellan påverkar flera, för människan livsviktiga, ekosystemfunktioner. Förlusten av vilda pollinerare har därför rönt stor uppmärksamhet och oro. Den dramatiska minskningen är sannolikt en kombinerad effekt av att både klimatförändringarna och mänsklig aktivitet påverkar insekternas livsmiljöer i allt snabbare takt. Förlusten av insekter riskerar att leda till svåröverblickbara kaskadeffekter i hela nätverk av växter och insekter, som i sin tur påverkar ekosystemens funktion. Det är därför viktigt att försöka förutsäga storskaliga konsekvenser av hur vi utformar våra landskap för att om möjligt motverka dessa processer.

En lovande väg framåt handlar om att skapa så kallad grön infrastruktur. Denna tar hänsyn till framtidens krav på utveckling och motverkar samtidigt negativa effekter av mänsklig påverkan och ett varmare och mer variabelt klimat på ekosystemprocesser och biologisk mångfald. En grön infrastruktur uppnås t ex genom att knyta samman naturområden, anlägga öar av passande biotoper
och förvalta mänskliga miljöer på ett sätt som samtidigt främjar den biologiska mångfalden. Att förutsäga vilka åtgärder som maximerar miljövinsterna och samtidigt möjliggör fortsatt utveckling för människans verksamheter kan dock vara mycket svårt. För insekter varierar t ex rörligheten, vilket innebär att det är viktigt att förstå på vilken skala landskapsförändringar påverkar populationer av olika arter. Förutsägelserna lider också av att vår kunskap om många organismers biologi (hur påverkas de direkt och indirekt av ett varmare klimat?) och ekologi (vad kännetecknar en bra biotop för olika arter, och hur söker olika arter efter sina respektive livsmiljöer?) ofta är begränsad.

För att kunna förutsäga vilka gröna infrastrukturåtgärder som bäst motverkar negativa effekter av klimat- och landskapsförändringar behövs därför nya typer av modeller. Dessa bör vara grundade i en ekologisk förståelse av insekters specifika ekologi, och ta hänsyn till allt från landskapsstrukturer
och lokala klimatprognoser till energetik och förståelse av organismernas rörelsemönster, vilja och förmåga att förflytta sig i landskapet. Det är först nu, när datorkraften hunnit ifatt insikten om vikten av att skapa så kallade individbaserade modeller som det är möjligt att skapa ”virtuella ekologiska
system” för att förutsäga hur olika dynamiska landskapstyper och framtidscenarior påverkar insekter och andra organismer. I dessa modeller kan vi simulera och prediktera allt från individuella insekters rörelsemönster och beteende (t ex äggläggning, nektarsök/pollinering) i olika typer av landskap och
lokala klimat till hur hela insektspopulationer förändras (och dess risk för utdöende) över större geografiska skalor.

Vi kommer att utveckla en plattform för individbaserade modeller och inledningsvis använda oss av fjärilar som fokusgrupp för att testa hur väl modellen kan förutsäga insekters ekologi i olika miljöer och i ett föränderligt klimat. Vi använder fjärilar eftersom de (i) är välkända och uppskattade inslag i både urbana och lantliga miljöer, (ii) de är pollinerare och därför viktiga för flera livsuppehållande ekosystemtjänster samtidigt som (iii) vissa arter är pester och därför potentiellt skadliga för matproduktionen. Dessutom (iv) är de en av de insektsgrupper som är bäst studerade ur ett ekologiskt perspektiv och vi kan därför använda oss av tidigare forskning för att utveckla och testa vår modell. När plattformen väl är på plats kan den modifieras till att appliceras på andra insektsgrupper.

Vi utvecklar modellen tillsammans med ett etablerat nätverk av beslutsfattare (från Jordbruksverket, Länsstyrelsen och Hushållningssällskapet) och andra avnämare (t ex jordbrukare, landskapsarkitekter) som arbetar direkt och indirekt med utvecklingen av grön infrastruktur. På så sätt identifierar vi vilken typ av förutsägelser som modellen behöver producera för att underlätta valet av landskapsutvecklingsåtgärder. Dessa insikter kan sen spridas också till lokala markägare, trädgårdsmästare, jordbrukare och alla naturintresserade som med relativt små insatser kan bidra till att motverka klimatets och människans negativa påverkan. Därigenom vill vi hitta strategier för markanvändning och anpassa mänsklig påverkan på landskapet till den pågående klimatförändringen
och till den biologiska mångfalden.