Wetenschap
Lichaamsmassa van bijen, ziekteverwekkers en lokale klimaatinvloeden hittetolerantie
Hoe goed bijen extreme temperaturen tolereren, zou bepalend kunnen zijn voor hun vermogen om in een veranderend klimaat te overleven. Maar hittetolerantie varieert tussen en binnen populaties, dus onderzocht een onderzoeksteam onder leiding van entomologen van Penn State de fysieke eigenschappen van bijen – zoals sekseverschillen in lichaamsmassa – om te begrijpen hoe deze eigenschappen interageren met omgevingsomstandigheden, ziekteverwekkers en andere factoren.
In een studie die onlangs is gepubliceerd in Ecology and Evolution maten de onderzoekers de lichaamsmassa, het lokale klimaat en de intensiteit van de ziekteverwekkers om te beoordelen hoe deze factoren de hittetolerantie en de variatie op populatieniveau beïnvloeden onder individuen van de soort Xenoglossa pruinosa, algemeen bekend als de grijze pompoenbij. Ze ontdekten dat de variatie in hittetolerantie werd beïnvloed door de grootte, het geslacht en de infectiestatus van de bijen.
"Kleine, ectotherme (of koudbloedige) insecten worden beschouwd als zeer kwetsbaar voor veranderend klimaat, omdat hun vermogen om de juiste lichaamstemperatuur te handhaven afhankelijk is van externe omstandigheden", zegt studieauteur Laura Jones, die als promovendus het onderzoek leidde. in ecologie aan Penn State en is nu postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Texas in Austin.
"Begrijpen hoe organismen extreme temperaturen tolereren is van cruciaal belang voor het beoordelen van de bedreiging die klimaatverandering vormt voor de verspreiding en persistentie van soorten."
Jones merkte op dat er een groeiende belangstelling is voor het bestuderen van de hittetolerantie en het acclimatiseringsvermogen van ectothermen in het licht van veranderende abiotische omstandigheden zoals de omgevingstemperatuur.
"Maar weinig studies hebben de biotische effecten, zoals infectie met pathogenen, op thermische tolerantie in natuurlijke populaties onderzocht in combinatie met abiotische factoren," legde ze uit. "Bovendien kunnen fysieke kenmerken zoals lichaamsgrootte of vetgehalte van invloed zijn op hoe organismen de temperatuur verdragen, dus het is van cruciaal belang om rekening te houden met de individuele toestand, evenals met de abiotische en biotische factoren die individuen ervaren in natuurlijke omgevingen, bij het evalueren van de hittetolerantie van populaties. ."
De grijze pompoenbij, een bestuiver van komkommergewassen zoals pompoen en pompoen, is een solitaire soort die volgens de onderzoekers sekseverschillen vertoont in fysiologie en gedrag. Vrouwtjes zijn groter dan mannen en verzamelen 's morgens tot' s middags stuifmeel voor hun nakomelingen. De vrouwtjes nestelen ondergronds, waardoor ze worden beschermd tegen variaties in de luchttemperatuur, hoewel de bodemtextuur de mate van thermische buffering kan beïnvloeden, omdat zandgronden een lagere warmtecapaciteit hebben.
De mannetjes zijn daarentegen kleiner, foerageren alleen op nectar en beschermen zichzelf tegen hitte door zich terug te trekken in verwelkte bloemen nadat ze rond het middaguur klaar zijn met foerageren. Mannetjes worden dus overdag en 's nachts blootgesteld aan meer variabele omgevingstemperaturen dan vrouwtjes.
De onderzoekers veronderstelden dat de hittetolerantie van de bijen zou toenemen met de lichaamsgrootte; dat mannelijke hittetolerantie zou toenemen met de omgevingstemperaturen boven de grond, terwijl vrouwelijke hittetolerantie zou toenemen met zanderige bodems; en dat een parasitaire infectie de hittetolerantie zou verminderen.
Om deze hypothesen te testen, verzamelden de onderzoekers squashbijen op 14 locaties in Pennsylvania, die varieerden in gemiddelde temperatuur, neerslag en bodemtextuur. Ze maten het kritische thermische maximum van individuen – de temperatuur waarboven een organisme niet kan functioneren – als maatstaf voor hittetolerantie en bepaalden de relatieve intensiteiten van drie parasietgroepen:protozoaire parasiettrypanosomen, bacteriële pathogeen Spiroplasma apis en microsporidische parasiet Vairimorpha apis.
Het team ontdekte dat lichaamsgrootte, omgevingstemperatuur en parasitaire infectie context- en geslachtsafhankelijke effecten hebben op de hittetolerantie bij pompoenbijen.
"Hoewel beide geslachten een positieve correlatie vertoonden tussen hittetolerantie en grootte, hadden mannelijke squashbijen een grotere verandering in hun kritische thermische maximum per lichaamsmassa dan vrouwtjes, wat suggereert dat er mogelijk een andere biologische eigenschap is die de impact van lichaamsgewicht op hittetolerantie beïnvloedt. dat verschilt tussen de geslachten', zegt co-auteur van het onderzoek Margarita López-Uribe, universitair hoofddocent entomologie en Lorenzo L. Langstroth Early Career Professor aan het Penn State's College of Agricultural Sciences.
Uit het onderzoek bleek dat de gemiddelde dagelijkse maximumtemperatuur, neerslag en bodemtextuur geen kritisch thermisch maximum voorspelden. De resultaten toonden echter wel aan dat waar de gemiddelde maximumtemperaturen het hoogst waren, de variatie in hittetolerantie tussen individuen kleiner was, wat suggereert dat extreme temperaturen individuen met hoge en lage kritische thermische maxima "uitfilterden", aldus de onderzoekers.
"Veel bijensoorten kunnen hun lichaamstemperatuur actief controleren, onafhankelijk van de omgevingstemperatuur, en zo mogelijk de effecten van extreme temperaturen verzachten", zegt co-auteur Rudolf Schilder, universitair hoofddocent entomologie en biologie aan het College of Agricultural Sciences en het Eberly College of Science. . "Maar of pompoenbijen dergelijk gedrag vertonen, is onbekend."
Van de drie gemeten parasieten beïnvloedden alleen trypanosomen de hittetolerantie – en alleen bij vrouwelijke pompoenbijen.
"Deze impact van parasitaire infecties op de thermische tolerantie van vrouwen is bijzonder zorgwekkend, aangezien de bevolkingsgroei afhangt van de vruchtbaarheid van vrouwen, en vrouwen doorgaans al minder talrijk zijn dan mannen", aldus López-Uribe.
Over het geheel genomen draagt het onderzoek volgens Jones bij aan groeiend bewijs dat het vermogen van kleine ongewervelde dieren om hun hittetolerantie aan te passen aan lokale klimaatomstandigheden beperkt is en afhankelijk is van verschillende factoren.
"Gegeven dit alles is het van cruciaal belang om de populaties te identificeren die gevaar lopen onder toekomstige klimaatscenario's", zei ze. "Wij stellen voor dat toekomstig onderzoek de thermische toleranties van populaties over de verspreiding van een soort beoordeelt om de soorten te identificeren die het meest kwetsbaar zijn voor lokaal uitsterven."