Increasing the feasibility of General Surveillance of Genetically Modified maize

Abstract

Els cultius Modificats Genèticament (MG) podrien tenir efectes negatius sobre el medi ambient, és per això que a la Unió Europea és obligatori el seguiment post-comercialització a llarg plaç, anomenat Seguiment General (SG), “General Surveillance-GS” en anglès. Malgrat aquesta obligatorietat, el SG que s’està duent a terme actualment no té la capacitat necessària per a detectar els efectes ambientals dels cultius MG. Per això, l’objectiu de la tesi és millorar la capacitat de detecció del SG a través de: a) la selecció d’artròpodes no-diana adients per al seguiment del panís MG, i b) identificar les xarxes de seguiment ambiental existents en el territori i determinar si les dades que generen tindrien la sensibilitat necessària per a detectar efectes ambientals del maneig agrícola a llarg plaç, com per exemple del cultiu del panís MG. Dos dels tàxons més adients per al seguiment dels possibles efectes ambientals del panís MG són les papallones (Lepidoptera:Papilionoidea) i els caràbids (Coleoptera:Carabidae), ja que podrien ser molt sensibles tant als impactes dels panissos resistents a insectes (Bt) com als tolerants a herbicides (HT). Per a determinar l’abundància, la variabilitat i la distribució de papallones i caràbids en l’agroecosistema del panís, durant dos anys es van mostrejar diferents hàbitats i localitats de tres zones de cultiu de panís al nordest de la Península Ibérica. Les papallones es van mostrejar mitjançant recomptes visuals i van ser abundants en tots els hàbitats mostrejats. La majoria de les espècies observades estarien exposades als efectes del cultiu del panís MG perquè les plantes larvàries eren presents en tots els hàbitats, incloent els camps de panís. Es va desenvolupar i aplicar un sistema per a seleccionar les papallones més adients per al seguiment dels impactes del panís MG. Les espècies més adients depenien de la regió geogràfica, però els indicadors que es podrien mostrejar amb menys esforç en les tres regions serien les agrupacions d’espècies i les espècies Polyommatus icarus (Rottemburg) i Pieris napi (L.). Els caràbids es van mostrejar mitjançant trampes de gravetat i van ser més abundants en els marges dels camps de panís. L’espècie indicadora més adient va ser l’omnívor Pseudoophonus rufipes (De Geer), ja que va satisfer els criteris d’abundància, rellevància, sensibilitat i facilitat de mostreig. Seria recomanable realitzar el seguiment del grup de caràbids carnívors com a indicadors de biodiversitat i control biològic d’invertebrats. La xarxa de seguiment ambiental més adient va ser la xarxa de seguiment de les papallones de Catalunya (CBMS). Es van analitzar dades obtingudes de 29 punts de mostratge durant un període de 15 anys. Aleshores es va determinar la capacitat de la prova-t de Welch per a detectar diferències en l’abundància de 12 indicadores en dos tipus de paisatge. La capacitat de detecció va ser molt bona per a alguns indicadors (es podria detectar un canvi poblacional del 30%). La capacitat de detecció depenía del tamany mostral i de la variabilitat i augmentava ràpidament quan s’agregàven espècies i anys de dades. La conclusió general d’aquesta tesi és que el SG dels panissos MG es podria millorar considerablement a través del mostratge de papallones i caràbids. A més, les dades generades per les xarxes de seguiment de papallones permetrien augmentar força la capacitat de detecció d’efectes ambientals.

El cultivo de plantas Modificadas Genéticamente (MG) podría tener efectos negativos sobre el medio ambiente. Por esta razón, en la Unión Europea es obligatorio el seguimiento post-comercialización de estos cultivos, llamado Seguimiento General (SG) o “General Surveillance-GS” en inglés. Sin embargo, en su forma actual, el GS carece de la capacidad necesaria para la detección de efectos ambientales de los cultivos MG. Así, el objetivo de esta tesis es potenciar la capacidad de detección del SG mediante: a) la selección de artrópodos no-diana que sean buenos indicadores para el seguimiento del maíz MG, y b) el análisis de datos generados por redes de seguimiento ambiental para determinar si tendrían la sensibilidad necessaria para detectar efectos ambientales derivados de prácticas agronómicas o de los cultivos MG. La literatura indica que dos de los taxones más adecuados para el seguimiento de los posibles efectos ambientales del maíz MG son las mariposas (Lepidoptera: Papilionoidea) y los carábidos (Coleoptera: Carabidae), ya que pueden ser sensibles a los impactos de maíces resistentes a insectos (Bt) y tolerantes a herbicidas (HT). Durante dos años se muestrearon diferentes hábitats y localidades en tres zonas de cultivo maicero en el nordeste de la Península Ibérica para determinar la abundancia, variabilidad y distribución de las mariposas y carábidos en el agroecosistema del maíz. Las mariposas se muestrearon mediante recuentos visuales y fueron abundantes en todos los hábitats muestreados. La mayoría de las especies observadas podrían estar expuestas a los efectos del cultivo del maíz MG ya que se encontraron plantas nutricias de las larvas en todos los hábitats, incluidos los campos de maíz. A partir de los resultados de campo y de la literatura, se desarrolló y aplicó un sistema para seleccionar las mariposas más adecuadas para el seguimiento de los impactos del maíz MG. Las mejores indicadoras dependieron fuertemente de la región considerada, sin embargo, en este estudio las indicadoras que se podrían muestrear con el menor esfuerzo fueron los indicadores multiespecie, Polyommatus icarus (Rottemburg) y Pieris napi (L.). Los carábidos se muestrearon mediante trampas de gravedad y fueron más abundantes en los márgenes de los campos de maíz por lo que éste sería la mejor localización para el seguimiento. El mejor indicador fue el omnívoro Pseudoophonus rufipes (De Geer), cumpliendo los criterios de abundancia, relevancia, sensibilidad y facilidad de muestreo. También se recomienda el seguimiento del grupo de carábidos carnívoros como indicador de biodiversidad y de control biológico de invertebrados. La red de seguimiento ambiental que podría utilizarse con mayor facilidad es la red de seguimiento de mariposas de Cataluña (CBMS). Se analizaron los datos obtenidos en 29 puntos de muestreo durante un período de 15 años. Se determinó la capacidad de la prueba-t de Welch para detectar diferencias en la abundancia de 12 indicadores en dos tipos de paisaje. La capacidad de detección fue muy buena para algunos indicadores (pudiéndose detectar un cambio poblacional del 30%). La capacidad de detección dependía del tamaño muestral y de la variabilidad, y crecía rápidamente a medida que se agrupaban especies y años de datos. La conclusión principal de la tesis es que el SG de los maíces MG se podría mejorar considerablemente a través del muestreo de determinadas mariposas y carábidos. Asimismo, se podrían utilizar los datos generados por las redes de seguimiento de mariposas ya que permitirían incrementar la capacidad de detección de efectos ambientales sin incurrir en elevados costes.

Genetically Modified (GM) crops could adversely affect the environment, therefore long-term post-market monitoring (General Surveillance, GS) is mandatory in the EU. However, in its current form, GS lacks the required sensitivity to detect environmental effects of GMs. The aim of this thesis is to increase the effect detection capacity of GS through a) selection of suitable non-target arthropods (NTAs) to monitor GM maize, and b) identify suitable environmental surveillance networks (ESNs) and determine if their data is sufficiently sensitive to detect long term environmental effects of agricultural practices –such as GM cultivation. Butterflies (Lepidoptera: Papilionoidea) and carabids (Coleoptera:Carabidae) were identified as the most appropriate surrogate taxa for monitoring effects of GM maize on non-target organisms due to their potential sensitivity to impacts of GM maize expressing insect resistance (Bt) or herbicide tolerance (HT). A two-year field survey was carried out in different maize agroecosystems in the north-east of the Iberian Peninsula to determine abundance, variability and distribution of carabids and butterflies across different habitats and sites. Butterfly adults were sampled by transect-counts and they were abundant in all habitats sampled. Most species could be exposed to effects of GM maize because their larval host plants were present in maize fields and neighbouring habitats. A step-by-step selection procedure was developed and applied, finding that the most appropriate species for monitoring GM effects depended on the region considered. Of these, the indicators requiring the lowest sampling effort were the multispecies pools and the single species Polyommatus icarus (Rottemburg) and Pieris napi (L.). Carabid adults were sampled by pitfall trapping and they most abundant in field margins. The best indicator was the omnivore Pseudoophonus rufipes (De Geer), satisfying criteria of abundance, relevance, sensitivity and ease of sampling. In addition, the carnivore group was a good indicator of biodiversity and invertebrate biological control. The most suitable environmental surveillance network (ESN) in the study region was the Catalan Butterfly Monitoring Scheme (CBMS). A 15-year dataset from 29 recording sites was analysed to determine the capacity of Welch’s t-test to detect differences in abundance of 12 farmland butterfly indicators across land-use types. Detection capacity was very good (a change below 30% could be detected) for some indicators and it depended mainly on sample size and variability of the data. Detection capacity rapidly improved when species were aggregated into multispecies indicators and when the longer time periods were used. The main conclusion of this thesis is that GS of GM maizes could be substantially improved through field sampling of butterflies and carabids; and that data from butterfly monitoring schemes would allow to greatly increase effect detection capacity.