A hipoxia miatt a woodlice (Porcellio scaber) alacsonyabb hőmérsékleteket választ, és rontja azok hőteljesítményét és hőállóságát

Andrzej Antoł

Jagiellonian University Környezettudományi Intézet, ul. Gronostajowa, Krakkó, Lengyelország

Wiktoria Rojek

Jagiellonian University Környezettudományi Intézet, ul. Gronostajowa, Krakkó, Lengyelország

Sanjeev Singh

Jagiellonian University Környezettudományi Intézet, ul. Gronostajowa, Krakkó, Lengyelország

Damian Piekarski

Jagiellonian University Környezettudományi Intézet, ul. Gronostajowa, Krakkó, Lengyelország

Czarnoleski Marcin

Jagiellonian University Környezettudományi Intézet, ul. Gronostajowa, Krakkó, Lengyelország

Társított adatok

Minden csv fájl elérhető a figshare adatbázisból (https://figshare.com/s/4e370a57653368b9d3ce).

Absztrakt

Bevezetés

Anyag és módszerek

V: A hőpreferencia, a hőteljesítmény és a kritikus hőmérséklet mérésére egy fémrúdból készült hőplatformokat használtak, mindkét oldalon két Peltier-modullal. Az egész rendszert átlátszó kamra borította, amely lehetővé tette az oxigénviszonyok szabályozását a fedél alatt. B: Egy aréna, amelyet a woodlice mozgásszervi aktivitásának mérésére használtak. Egy nagyobb tartály a fém emelvényen volt, közvetlenül a Peltier modul felett. A tartály alját nedves homok borította. Az arénát, ahol az állatok futottak, egy műanyag kör korlátozta. A hőmérséklet-nyilvántartót és a hengeret, amelyben az állatot akklimatizálták, a kör belsejébe helyezték. A kívülről manipulálható arénaecset fent helyezkedik el.

1. kísérlet: Termikus preferenciák

2. kísérlet: Hőteljesítmény

Az oxigéntől függő hőteljesítmény mérése érdekében az állatokat körkörös üvegaréna körül kellett futni, mi pedig átlaghőmérsékletüket különböző hőmérsékleteken és oxigénszinteken mértük. Az aréna üvegtartályból (80 mm átmérőjű) épült, közepén egy kis műanyag hengerrel, amely körfolyosót hozott létre a futási vizsgálatok elvégzéséhez (1. ábra). E műanyag henger belsejében egy másik henger került, amelyben az állatot hozzászokták. Annak érdekében, hogy a futó állatok féltermészetes szubsztráttal rendelkezzenek, az aréna alját vékony nedves homokréteg borította. A mérések során az arénát a termikus platformra helyezték, közvetlenül a két Peltier-modul egyikének fölött, amelyet 13 különböző hőmérséklet egyikére állítottak: 8, 11, 14, 17, 20, 23, 26, 29, 32, 35 38, 41 vagy 45 ° C. A hőmérsékleteket 0,1 ° C pontossággal rögzítette az aréna közepén elhelyezett iButton (Maxim/Dallas Semiconductor, San Jose, Kalifornia, USA). A méréseket hipoxia vagy normoxia alatt végeztük.

3. kísérlet: Kritikus hőmérsékletek

Statisztikai analízis

Az elemzést az R 3.4.1 szoftverben [45] végeztük az nlme [46], a ggplot2 [47] és az effekt [48] csomagok segítségével. Az előnyös hőmérsékletek és kritikus hőmérsékletek (CTmax és CTmin) adatait egy általános lineáris modellel (GLM) elemeztük, amely a nemi és oxigén körülményeket (interakciós kifejezéssel) csoportosította a prediktorokat és a testtömeg kovariátort. A futási sebesség adatait nemlineáris vegyes modellel (nlme függvény) elemeztük. A modell rögzített részei a nem, mint a csoportosító prediktor, a hőmérséklet és a testtömeg (interakciók nélkül), mint a numerikus prediktorok voltak. Lachenicht és mtsai nyomán. [49] feltételeztük, hogy a futási sebesség termikus függősége, a hőteljesítmény görbénk egy harmadik rendű polinom függvény alakját ölti. A modell véletlenszerű részei a kísérleti kör, valamint a hőteljesítmény-görbe paramétereink véletlenszerű becslései voltak. Annak tesztelésére, hogy a kísérleti kör hatása szignifikáns volt-e, hasonló modellt futtattunk véletlenszerű hatás nélkül (az lm függvény segítségével). Összehasonlítottuk ezeknek a modelleknek az Akaike információs kritérium (AIC) értékeit, és a legjobb modellt választottuk a legalacsonyabb AIC értékkel.

37,59 ° C felett néhány állat elpusztult a teljesítménytesztjeink során, és ezekre az esetekre vonatkozó adatokat nem használtuk fel a hőteljesítménygörbék kiszámításához. Mindazonáltal úgy döntöttünk, hogy tovább vizsgáljuk ezeket a mortalitási adatokat egy külön elemzésben, amely azt vizsgálta, hogy a halálozás kockázata tesztjeink során függ-e az oxigén körülményeitől. Khi-négyzet tesztet alkalmaztunk, amely összehasonlította az elhullott állatok arányát a normoxia és a hipoxia körülményei között a 37,59 ° C felett végzett vizsgálatokban.

Eredmények

A normoxikus körülményeknek kitett fametszetekhez képest a hipoxiának kitett woodlice alacsonyabb hőmérsékletű (F1,74 = 11,66, p = 0,001) mikroszitákat választott ki; átlagosan a hipoxia és normoxia alatt az előnyös hőmérséklet 17,68 ° C és 20,93 ° C volt (2. ábra). A fatörzs neme (F1,74 = 0,50, p = 0,48), a nem x oxigénkölcsönhatás (F1,74 = 1, p = 0,32) és a fametszet testtömege (F1,74 = 0,31, p = 0,58) nem befolyásolta a hőmérséklet kiválasztását.

Az általános lineáris modell ± 95% -os CI-értékét jelenti, a testtömeg kovariátként és a nem további tényezőként.

A hipoxia alatti köbös regressziós vonalat az y = -0.0003 + 0,003x-0,00003x 2 - 0,0000007x 3 képlettel írják le, normoxia esetén pedig y = 0,03-0,004x + 0,0004x 2 -0,000008x 3. A nyilak funkcionális maximumokat ábrázolnak, amelyek meghatározzák a maximális teljesítményt (MP) és a hőmérsékletet, amelyen ezt a maximumot elérték (TMP). Az árnyékolt területek az illesztett görbék 95% -os CI-jét mutatják.

A: A normál durva fametszék normoxia alatt tolerálták a melegebb környezetet, mint a hipoxia alatt, és alacsonyabb hőmérsékleten, hipoxiás körülmények között érték el felső hőmérsékleti határértékeiket, mint normoxikus körülmények között (p = 0,02). Azt jelenti, hogy a ± 95% -os CI-k az általános lineáris modellből származnak, a testtömeg kovariátként, a nem pedig további tényezőként. B: Az oxigén rendelkezésre állása nem volt hatással a közönséges durva fametszet alacsony hőmérsékleti toleranciájára (p = 0,42). Azt jelenti, hogy a ± 95% -os CI-k az általános lineáris modellből származnak, a testtömeg kovariátként, a nem pedig további tényezőként.

Vita

A mobilitásnak különféle szelektív előnyei vannak, beleértve a viselkedési hőszabályozás képességét, a takarmányozást és a ragadozás elkerülését [35]. Nem világos, hogy az izopodák magas futási sebesség elérésére való képessége mennyire korrelál a ragadozás elkerülésével vagy más, a fitneszhez kapcsolódó következményekkel. Sunderland et al. [55], az izopodákat ritkán támadhatják meg a ragadozók, és a legtöbb ilyen támadás fiatalkorúak ellen irányul. Egyes ragadozókról azonban feltételezik, hogy izopoda szakemberek, például a Dysdera crocata fametszetes pók (de lásd [56]). Úgy tűnik, hogy a D. crocata [57] hőmérséklete szorosan megegyezik a potenciális zsákmány, a P. laevis szimpatriás fametszet [58] előnyös hőmérsékleteivel. Más tanulmányok kimutatták, hogy a ragadozó jelek jelenléte fokozta a váltakozásokat az izopodákban [59]. Sőt, ha a pókok oxigénkorlátozása alacsonyabb, mint az izopodáké (amint azt a vitánk első bekezdésében feltételeztük), akkor a fapofák nem változtatnák az oxigénhiányos mikrohabitatumok izopodáinak ragadozásintenzitását, ami megnövekedett ragadozási nyomást eredményezne az oxigénben korlátozott fatörzs, ami miatt könnyű prédává válnak a hipoxiás élőhelyeken. Ez a forgatókönyv minden bizonnyal szigorú tesztet igényel.

Segítő információ

S1 ábra

Az eloszlást 10000 randomizálás útján kaptuk meg (lásd: Anyag és módszerek). Az eredeti adatokból számított TMP empirikus különbségét a piros vonal jelzi.