Analisi Sperimentale dei Tratti di Storia della Vita nella Specie Invasiva Drosophila suzukii

Drosophila suzukii (Spotted Wing Drosophila) is a globally invasive fruit pest with a remarkable ecological plasticity which enabled its rapid expansion across new environments. Developing sustainable control strategies increasingly relies on agriculture and predictive modelling. However, these tools require solid biological data to stimulate pest dynamics accurately. This thesis aims to establish a comprehensive biological dataset to support the development and calibration of PESTWIN, an AI guided digital twin software to predict D. suzukii population dynamics. By collecting field monitoring with controlled laboratory experiments, . This study provides critical parameters necessary to bridge the gap between biologic of the pest and computational simulation. During our experiments, we used two biologically distinct colonies, one is a long-term laboratory-adapted Vienna line and the other one is a wild-derived Fojanini population. Field surveys conducted in Northern Italy (Blueberry Field and Forest Field) revealed clear seasonal fluctuations strongly influenced by temperature with population peaks in summer and reduced but persistent activity during winter. These data provided an ecological baseline for laboratory comparisons. In the laboratory, survival and reproductive experiments have been conducted under various parameters such as biotic and abiotic stress conditions. Results highlight significant physiological differences, particularly the detrimental effect of fungal infection (Botrytis) and different berry conditions on survival. Furthermore, stress assays revealed sex specific temperature tolerances and population dependent sensitivities to environmental variables such as pH. Reproductive assays confirmed the species explosive demographic potential, characterized by early oviposition burst at high male mating capacity which facilitate rapid colonization. Overall, this study provides an integrated biological dataset describing survival limits, reproductive strategies and ecological robustness in D. suzukii. These findings not only clarify the mechanisms underlying the species invasiveness but also supply critical parameters for the development of the predictive pest model PESTWIN digital twin, enabling the creation of accurate, data driven predictive tools for more effective and sustainable Integrated Pest Management (IPM).

Drosophila suzukii (moscerino dai punti sulle ali) è un infestante frutticolo invasivo a diffusione globale, caratterizzato da una notevole plasticità ecologica che ne ha favorito la rapida espansione in nuovi ambienti. Lo sviluppo di strategie di controllo sostenibili dipende sempre di più dall’agricoltura di precisione e dalla modellizzazione predittiva. Tuttavia, questi strumenti richiedono solidi dati biologici per simulare accuratamente le dinamiche del parassita. Questa tesi ha l’obiettivo di istituire un dataset biologico completo a supporto dello sviluppo e della calibrazione di PESTWIN, un software di tipo digital twin guidato da intelligenza artificiale, progettato per prevedere le dinamiche di popolazione di D. suzukii. Integrando monitoraggi in campo con esperimenti controllati in laboratorio, questo studio fornisce i parametri critici necessari per colmare il divario tra la biologia del parassita e la simulazione computazionale. Nei nostri esperimenti sono state utilizzate due colonie biologicamente distinte: una linea Vienna adattata al laboratorio da lungo tempo e una popolazione Fojanini derivata da individui selvatici. I monitoraggi condotti nel Nord Italia (campo di mirtilli e area forestale) hanno rivelato marcate fluttuazioni stagionali fortemente influenzate dalla temperatura, con picchi estivi e un’attività ridotta ma persistente durante l’inverno. In laboratorio sono stati condotti esperimenti di sopravvivenza e riproduzione sotto vari parametri, comprendendo condizioni di stress biotico e abiotico. I risultati hanno evidenziato significative differenze fisiologiche, in particolare gli effetti dannosi dell’infezione fungina (Botrytis) e delle diverse condizioni delle bacche sulla sopravvivenza. Inoltre, i test di stress hanno mostrato tolleranze termiche specifiche per sesso e sensibilità dipendenti dalla popolazione a variabili ambientali come il pH. Gli esperimenti riproduttivi hanno confermato l’elevato potenziale demografico della specie, caratterizzato da un’intensa ovideposizione nei primi giorni e dall’elevata capacità di accoppiamento dei maschi, fattori che facilitano la rapida colonizzazione. Nel complesso, questo studio fornisce un dataset biologico integrato che descrive i limiti di sopravvivenza, le strategie riproduttive e la robustezza ecologica di D. suzukii. Questi risultati non solo chiariscono i meccanismi alla base dell’invasività della specie, ma forniscono anche parametri fondamentali per lo sviluppo del modello predittivo PESTWIN digital twin, permettendo la creazione di strumenti previsionali accurati e basati sui dati per una gestione integrata dei parassiti (IPM) più efficace e sostenibile.