Fig. 9- Comparazione di curve dose-mortalita' (A,B) e distribuzioni di tolleranza (C,D) per la resistenza ai pesticidi su base monogenica e poligenica (adattato da Via e Lande, 1985)
La curva continua dose-mortalita' e' legata alla combinazione di fattori ambientali e genetici. I caratteri poligenici sono anche detti caratteri continui per la impossibilita' di distinguere classi fenotipiche. La varianza fenotipica (V) si compone del contributo genetico (V<) e del contributo ambientale (VE). Tali componenti sono additive, per cui:
VP= VA+VE (11)La scissione delle fonti di variabilita' e' il passo preliminare per l'analisi di varianza, secondo la teoria sviluppata da R.A. Fisher (1918). Contrariamente alle curve cumulative le funzioni continue esprimono delle frequenze. Una distribuzione normale di tolleranza mostra la tendenza della popolazione nei confronti della tolleranza e lascia individuare come la tendenza centrale sia data dagli individui con medio grado di tolleranza. Variazioni nella tolleranza nei casi uni- locus sono ascrivibili interamente a fattori ambientali. Nel caso poligenico e' da prevedere il contributo genetico. La selezione a mezzo di pesticida tende a spostare la LD50 verso valori piu' alti. La dinamica evolutiva viene riassunta nella (12):
VA ÆLD50= ____ s (12), in cui: VPLa (12) definisce una proporzionalita' diretta tra resistenza e: ella tolleranza; ‰„ intensita' di selezione. La equazione (12), pur nella sua validita', appare limitata in quanto non mette in evidenza gli effetti che modificazioni subite da un carattere (nella fattispecie "resistenza ai fitofarmaci") possono produrre su altri caratteri. Inoltre non tiene conto della possibilita' (tutt'altro che infrequente) delle popolazioni di evolvere resistenza a due o piu' fitofarmaci. Circa il primo aspetto va sottolineato come, usualmente, molti caratteri aventi la stessa base genetica vengano coinvolti simultaneamente nella resistenza. Quando una modificazione coinvolge piu' caratteri, gli stessi possono avere effetti correlati. La selezione operata su fertilita' e fecondita', ad es., e' correlata con la selezione di resistenza ai pesticidi. Le correlazioni genetiche influenzano il corso dell'evoluzione. Si viene a verificare il cosidetto "responso correlato alla selezione", legato a cambiamenti evolutivi nel fenotipo che, non necessariamente, vanno verso situazioni adattative per tutti i caratteri. Non potendo, i caratteri correlati, evolvere indipendentemente, la correlazione puo' influenzare l'evoluzione di un intero fenotipo e puo' causare il cattivo adattamento ("maladaptation") di alcuni caratteri. Questo aspetto assume una significativa importanza in termini biologico-evolutivi in quanto in grado di ritardare, almeno temporaneamente, l'evoluzione delle popolazioni. Riguardo allo sviluppo di forme di resistenza verso piu' principii attivi, si possono, per maggiore semplicita', ricondurre le considerazioni al caso di due pesticidi. La resistenza all'uno ed all'altro prodotto sono interpretabili come due caratteri, di cui si intende ricercare la eventuale correlazione. Se, ad es., due enzimi (o due differenti locus) sono necessari per detossificare i due composti, la correlazione e' da immaginare bassa. Supponendo di trattare due areali adiacenti con due differenti composti, il modello di selezione piu' valido e' il seguente: ŸŸŸResponso diretto + Responso correlato ÆLD50(1)= ŸŸŸŸŸŸ[qÙ1/Ù]G11P11-1s1+ [(1-q)Ù2/Ù]G1222-1s2 (13), in cui: ÆLD50(2)= [(1-q)Ù2/Ù]G22P22-1s2+ [qÙ1/Ù]G21P11-1s1 q: % di individui in uno dei due areali trattati; la % nell'altro areale e', pertanto, 1-q; Ù1, Ù2: "fitness" media nei due areali; Ù: "fitness" totale (qÙ1+ (1-q)Ù2); G11, G22: varianza genetica additiva relativa alla tolleranza; G12: covarianza genetica additiva relativa alla tolleranza; P11-1s1, P22-1s2: intensita' della selezione in relazione alla tolleranza per quel determinato principio attivo. Il contributo che da ogni areale trattato viene dato al "pool" di incroci dopo la selezione e' proporzionale sia a q (o ad 1-q) che alla relativa "fitness" media (Ù1, Ù2) degli individui selezionati. La "fitness" media di ogni subpopolazione viene considerata proporzionale al suo contributo sul totale della popolazione (Ù1/Ù, Ù2/Ù). La (13) si compone di due responsi, il diretto ed il correlato. Il responso dire due elementi: 1) incremento della tolleranza al pesticida (P11-1s1, P22-1s2); 2) varianza genetica di tolleranza a quel pesticida (G11, G22) Al responso correlato contribuiscono: 1) fattore di ponderazione (qÙ1/Ù , (1-q)Ù2/Ù). 2) covarianza genetica additiva; 3) incremento della tolleranza allÕaltro pesticida (P22-1s2 , P11-1s1) La (13) inoltre indica che incidenza e segno della covarianza circa le tolleranze a differenti pesticidi possono influenzare la tolleranza ad ogni singolo prodotto. Con covarianza G12 negativa e specie in presenza di differenziali di selezione (s1, s2) molto positivi, l'incremento di tolleranza al pesticida 1 viene ad essere minore rispetto al caso in cui G12 fosse positiva. Lo stesso vale per il pesticida 2 qualora la covarianza G21 fosse negativa. Una siffatta situazione comporta ritardi nel processo di selezione della resistenza ai due composti. Lo stesso principio viene invocato nei casi riscontrati di resistenza incrociata negativa, legata a singoli locus. Tuttavia, una correlazione genetica negativa nei confronti della tolleranza non e' richiesta in assoluto affinche' si verifichi un cattivo adattamento ad uno dei composti. Si puo' immaginare una popolazione che esprima una tolleranza bassa ad ambedue i composti dei quali uno e' presente in misura maggiore (ad es. per il 70%). In caso di correlazione genetica positiva, l'evoluzione della resistenza verrebbe ad interessare entrambi i prodotti (Fig. 10) ma, se tale correlazione fosse bassa, la resistenza verso il composto piu' raro sarebbe lenta a comparire. La popolazione, infatti, "sperimenta" per lo piu' il composto piu' comune nell'ambiente. Per correlazioni genetiche fortemente negative, la Fig. 10 illustra che la tolleranza al composto raro puo' realmente diminuire, parallelamente all'evoluzione della resistenza al composto diffuso. Fig. 10- Traiettorie attese di evoluzione della resistenza in popolazioni con differenti correlazioni genetiche additive circa la tolleranza a due pesticidi di cui uno presente per il 70%. L'optimum di tolleranza si raggiunge nel punto di convergenza della maggior parte delle traiettorie (adattato da Via e Lande, 1985). Un altro caso che frequentemente si presenta e' quello dell'impiego di un nuovo prodotto in unione con un composto a cui la popolazione ha gia' acquisito resistenza. Fornendo i due prodotti in egual misura si nota (Fig. 11) come la evoluzione guidi ad un cattivo adattamento sia con correlazione altamenta positiva che altamenta negativa (diminuzione della tolleranza al vecchio pesticida). Fig. 11- Traiettorie attese di evoluzione quando la resistenza e' alta per un composto ed un secondo viene somministrato in unione al primo. L'optimum di tolleranza si raggiunge nel punto di convergenza della maggior parte dele traiettorie (adattato da Via e Lande, 1985). In questo caso l'optimum di tolleranza si verifica per valori intermedi della correlazione. Una correlazione fortemente positiva porta ad uno scivolamento della tolleranza al vecchio prodotto oltre l'optimum, con corrispondente decremento della "fitness". Con l'abbassamento della "fitness" sono da attendersi riduzioni nel grado di resistenza, nella dimensione della popolazione e nello sviluppo. Questo esempio mostra come l'uso di due pesticidi in combinazione possa produrre un cattivo adattamento ad uno dei due. La miscelazione di piu' principii attivi rappresenta infatti un modo efficace di riduzione della resistenza. Il progresso della resistenza puo' essere fortemente ritardato anche alternando i podotti e le rispettive quantita' (il composto inizialmente piu' raro si rende il piu' comune dopo alcuni anni). Un altro accorgimento tendente a ritardare l'evoluzione della resistenza puo' essere il trattamento delle popolazioni con un composto nuovo dopo che gli individui siano gia' stati selezionati per la resistenza ad altri prodotti. Ma l'efficienza di questa tecnica e' subordinata ad una correlazione genetica negativa circa la tolleranza ai vari prodotti. Nell'impiegare piu' di due principii attivi in una data area si allarga la matrice delle correlazioni di tolleranza potenzialmente antagoniste. L'evoluzione della resistenza puo', cos“, essere ritardata a lungo. Questa affermazione, tuttavia, non sempre mantiene la sua validita'. Infatti potrebbe evolvere resistenza a molti dei composti impiegati; inoltre, se la popolazione avesse gia' subito esposizione a pesticidi, la tecnica potrebbe produrre un incremento dell'intensita' di selezione. Questi semplici modelli di genetica quantitativa sono soltanto un primo passo verso un approccio evolutivo piu' completo al problema. Il "pest" va sempre considerato come un organismo in evoluzione che tende al massimo adattamento, non soltanto ai composti tossici ma anche, ad esempio, a varieta' resistenti di piante. L'evoluzione si esplica in virtu' di variazioni genetiche ereditabili e la selezione opera per effetto dei fattori ambientali. L'agroevoluzione differisce dall'evoluzione naturale in quanto l'uomo impone la selezione attraverso le proprie strategie. L'applicabilita' di particolari modelli alle condizioni naturali rappresenta un aspetto critico. Varianze e covarianze genetiche sono praticamente sconosciute. Si puo' risalire ad esse tramite stime di laboratorio condotte tra famiglie ed entro famiglie di determinate popolazioni. Ma anche altri fattori andrebbero stimati, come l'intensita' della selezione attribuibile a diversi composti, l'incidenza delle migrazioni fra gruppi di individui assoggettati all'azione di differenti pesticidi, la funzione di distribuzione delle "fitness" (esponenziale o gaussiana?). Gli aspetti empirici e teorici del problema dovrebbero pertanto essere studiati parallelamente onde pervenire ad una completa comprensione dei meccanismi che governano il processo evolutivo di acquisizione della resistenza e ad un perfezionamento delle strategie perseguibili per ritardare la loro affermazione.