Biernes kropsmasse, patogener og lokalt klima påvirker varmetolerancen

Hvor godt bier tolererer ekstreme temperaturer kan bestemme deres evne til at fortsætte i et skiftende klima. Men varmetolerance varierer mellem og inden for populationer, så et forskerhold ledet af Penn State entomologer undersøgte biens fysiske egenskaber – såsom kønsforskelle i kropsmasse – for at forstå, hvordan disse egenskaber interagerer med miljøforhold, patogener og andre faktorer.

I en undersøgelse offentliggjort for nylig i Ecology and Evolution , målte forskerne kropsmasse, lokalt klima og patogenintensitet for at vurdere, hvordan disse faktorer påvirker varmetolerance og dens populationsniveauvariation blandt individer af arten Xenoglossa pruinosa, almindeligvis kendt som den grå squashbi. De fandt, at variation i varmetolerance var påvirket af biernes størrelse, køn og infektionsstatus.

"Småkroppede, ektotermiske - eller koldblodede - insekter anses for at være meget sårbare over for skiftende klima, fordi deres evne til at opretholde en korrekt kropstemperatur afhænger af ydre forhold," sagde studieforfatter Laura Jones, der ledede forskningen som doktorgradskandidat. i økologi ved Penn State og er nu postdoc ved University of Texas i Austin.

"At forstå, hvordan organismer tolererer ekstreme temperaturer, er afgørende for at vurdere den trussel, klimaændringer udgør for arternes udbredelse og persistens."

Jones bemærkede, at der er stigende interesse for at studere varmetolerancen og akklimatiseringskapaciteten af ​​ektotermer i lyset af skiftende abiotiske forhold, såsom omgivende temperatur.

"Men få undersøgelser har undersøgt biotiske påvirkninger, såsom patogeninfektion, på termisk tolerance i naturlige populationer i kombination med abiotiske faktorer," forklarede hun. "Derudover kan fysiske egenskaber såsom kropsstørrelse eller fedtindhold påvirke, hvordan organismer tolererer temperatur, så det er vigtigt at tage hensyn til individuelle tilstande såvel som de abiotiske og biotiske faktorer, som individer oplever i naturlige miljøer, når man evaluerer befolkningernes varmetolerance. ."

En bestøver af cucurbit-afgrøder som squash og græskar, den grå squashbi er en solitær art, der udviser kønsforskelle i fysiologi og adfærd, ifølge forskerne. Hunnerne er større end hannerne og samler pollen til afkom fra morgen til middag. Hunnerne yngler under jorden, hvilket buffer dem mod variationer i lufttemperaturen, selvom jordstrukturen kan påvirke graden af ​​termisk buffering, da sandjord har en lavere varmekapacitet.

Hannerne er derimod mindre, fouragerer kun efter nektar og støder sig selv mod varme ved at trække sig tilbage til visne blomster, efter at de er færdige med fouragering ved middagstid. Så hanner udsættes for mere varierende omgivende temperaturer end hunner i løbet af dagen og natten.

Forskerne antog, at biernes varmetolerance ville stige med kropsstørrelsen; at mandlig varmetolerance ville stige med omgivende temperaturer over jorden, hvorimod kvindelig varmetolerance ville stige med sandere jord; og at parasitinfektion ville reducere varmetolerancen.

For at teste disse hypoteser indsamlede forskerne squashbier fra 14 steder i Pennsylvania, der varierede i middeltemperatur, nedbør og jordstruktur. De målte individers kritiske termiske maksimum – den temperatur over hvilken en organisme ikke kan fungere – som en proxy for varmetolerance og bestemte de relative intensiteter af tre parasitgrupper:protozoiske parasit trypanosomer, bakteriepatogen Spiroplasma apis og mikrosporidian parasit Vairimorpha apis.

Holdet fandt ud af, at kropsstørrelse, miljøtemperatur og parasitinfektion har kontekst- og kønsafhængige effekter på varmetolerance hos squashbier.

"Selvom begge køn viste en positiv sammenhæng mellem varmetolerance og størrelse, havde han-squashbier en større ændring i deres kritiske termiske maksimum pr. kropsmasseenhed end hunner, hvilket tyder på, at der kan være et andet biologisk træk, der påvirker kropsmassens indvirkning på varmetolerancen. der adskiller sig mellem kønnene," sagde studiets medforfatter Margarita López-Uribe, lektor i entomologi og Lorenzo L. Langstroth professor i tidlig karriere ved Penn State's College of Agricultural Sciences.

Undersøgelsen viste, at den gennemsnitlige daglige maksimale temperatur, nedbør og jordstruktur ikke forudsagde kritisk termisk maksimum. Resultaterne viste imidlertid, at hvor de gennemsnitlige maksimale temperaturer var højest, var variationen i varmetolerance blandt individer lavere, hvilket tyder på, at ekstreme temperaturer "filtrerede" individer fra med høje og lave kritiske termiske maksimumsværdier, sagde forskerne.

"Mange biarter kan aktivt kontrollere deres kropstemperatur uafhængigt af omgivende temperaturforhold og dermed potentielt afbøde virkningerne af ekstreme temperaturer," sagde medforfatter Rudolf Schilder, lektor i entomologi og biologi ved College of Agricultural Sciences og Eberly College of Science . "Men om squashbier udøver sådan adfærd er ukendt."

Af de tre målte parasitter var det kun trypanosomer, der påvirkede varmetolerancen – og kun blandt hunkønsbier.

"Denne indvirkning af parasitinfektion på kvindelig termisk tolerance er særligt bekymrende, da befolkningstilvæksten afhænger af kvindelig fertilitet, og hunner er typisk allerede mindre rigelige end mænd," sagde López-Uribe.

Samlet set, sagde Jones, bidrager undersøgelsen til voksende beviser for, at hvirvelløse dyr med lille krops evne til at tilpasse sig eller akklimatisere deres varmetolerance til lokale klimaforhold er begrænset og afhænger af flere faktorer.

"I betragtning af dette er det afgørende at identificere de befolkninger, der er i fare under fremtidige klimascenarier," sagde hun. "Vi foreslår, at fremtidig forskning vurderer de termiske tolerancer af populationer på tværs af en arts fordeling for at identificere dem, der er mest sårbare over for lokal udryddelse."

Flere oplysninger: Laura J. Jones et al., Kropsmasse, temperatur og patogenintensitet påvirker differentielt kritiske termiske maksima og deres populationsniveauvariation i en solitær bi, Ecology and Evolution (2024). DOI:10.1002/ece3.10945

Journaloplysninger: Økologi og evolution

Leveret af Pennsylvania State University