Екологічний стрес, пов’язаний з кліматом, у масштабних пасовищах, що збільшують біохімічні реакції на
Олена Меггі
1 Департамент біології, Університет Пізи, Піза, Італія
2 CoNISMa, Міжнародний консорціум перших наукових співробітників, Scienze del Mare, Рома, Італія
Маріо Каппієлло
1 Департамент біології, Університет Пізи, Піза, Італія
Антонелла Дель Корсо
1 Департамент біології, Університет Пізи, Піза, Італія
Франческа Ленцаріні
1 Департамент біології, Університет Пізи, Піза, Італія
Елеонора Пероні
1 Департамент біології, Університет Пізи, Піза, Італія
Лісандро Бенедетті-Чеккі
1 Департамент біології, Університет Пізи, Піза, Італія
2 CoNISMa, Національний консорціум університетів за наукою Де Сен-Маре, Рома, Італія
Пов’язані дані
Про доступність даних була надана наступна інформація:
Вихідні дані подані як Data S1.
Анотація
Передумови
Організми стикаються зі зростаючим рівнем екологічного стресу в умовах зміни клімату, що може серйозно вплинути на функціонування біологічних систем на різних рівнях організації. Зростаючі дані свідчать про те, що зменшення розмірів тіла є універсальною реакцією організмів на глобальне потепління. Однак чітке розуміння того, чи будуть екстремальні кліматичні явища накладати вибір безпосередньо на фенотипові пластичні реакції, і як ці реакції впливають на екологічну взаємодію, залишається незрозумілим.
Методи
Ми експериментально дослідили вплив екстремальних явищ десикації на антиоксидантні захисні механізми скелястого міжвушного черевоногих молюсків (Patella ulyssiponensis) та оцінили, як ці ефекти наростають на рівні популяції та скупчення.
Результати
Зі збільшенням рівня стресу на висихання, кульгаві продемонстрували значно нижчий рівень загального глутатіону, мали тенденцію до меншого зростання та зменшували силу взаємодії на душу населення на своїх ресурсах.
Обговорення
Результати свідчать про те, що фенотипова пластичність (тобто зменшення розміру тіла дорослих) дозволяє буферизувати біохімічні реакції на стрес для збільшення масштабу на рівні скупчення. Розкриття зв'язків між різними рівнями біологічної організації є ключовим для розробки показників, які можуть передбачити масштабні екологічні наслідки зміни клімату.
Вступ
Серед науковців, політиків та широкої громадськості зростає занепокоєння соціальними та екологічними наслідками зміни клімату. Кліматичні події можуть впливати на суспільство безпосередньо, спричиняючи катастрофи, загрожуючи здоров’ю людей та опосередковано знижуючи якість навколишнього середовища (Істерлінг та ін., 2000). Останні моделі погоджуються з тим, що частота, інтенсивність та тривалість екстремальних подій, таких як спекотні хвилі, посуха та бурі, зростають із зміною клімату (Міжурядова група з питань зміни клімату, 2013). Оскільки екстремальні кліматичні події стають все більш імовірними, живі організми стикаються зі зростаючим рівнем екологічного стресу, який може серйозно вплинути на функціонування біологічних систем на різних рівнях організації (Істерлінг та ін., 2000). Зменшення розмірів тіла пропонується як третя універсальна реакція організмів на глобальне потепління (Daufresne, Langfellner & Sommer, 2009), на додаток до змін у діапазоні розподілу видів та змін у фенології (Visser & Both, 2005; Durant et al. ., 2007). Недавні огляди дійшли висновку, що доказів генетичної адаптації недостатньо, і спостережувані закономірності в основному є результатом фенотипової пластичності (Merilä & Hendry, 2014; Reusch, 2014). Важливим і досі невирішеним питанням є те, чи буде збільшення кліматичних екстремумів та коливань, пов’язаних із кліматом, накладати вибір безпосередньо на пластичність (Pigliucci, 2005; Chevin, Collins & Lefevre, 2013).
Матеріал та методи
Система навчання
Дослідження проводили вздовж скелястого узбережжя на південь від Ліворно (Італія, Західне Середземне море; 43 ° 28 ′ 02 пн.ш., 10 ° 22 ′ 19E) з березня по травень 2009 р.
Середземноморські кам’янисті проміжки припливів є надзвичайно мінливим середовищем через обмежену амплітуду припливів і відпливів. Барометричний тиск є основною силою, що визначає положення рівня моря, значною мірою визначаючи час і тривалість повітряного опромінення організмів вздовж міжпливного градієнта. Зміни барометричного тиску можуть, таким чином, спричинити різкі коливання теплових умов, особливо у високобережному середовищі існування, де температура навесні може коливатися в діапазоні більше 15 ° C і досягати значень до 30 ° C (Benedetti-Cecchi et al. ., 2006).
Відмінності між водоростями на різній висоті на березі зумовлені головним чином зміною відносної чисельності видів. У малобережних скупченнях переважають інкрустуючі нитчасті та грубо розгалужені водорості. На відміну від них, високогінні береги (головним чином Chthamalus stellatus (Poli), але також C. montagui (на південь)) та ціанобактерії (Rivularia spp.) (Benedetti-Cecchi, 2000; Benedetti-Cecchi, 2001). Серед найпоширеніших пасовищ Patella ulyssiponensis (Гмелін) характеризується відносно широким вертикальним діапазоном поширення (від середніх/високогірних до низькобережних середовищ існування). Це травоїдна тварина-генераліст (Della Santina et al., 1993), що харчується або дрібними макроводоростями, такими як ниткоподібні, або мікроскопічними компонентами біоплівки, що колонізують очевидну голу породу на всіх висотах (ціанобактерії, діатомові водорості або спори макроводоростей) . Нещодавнє дослідження показало, що середземноморські накидки вже існують по краях їх вікон термостійкості. Зокрема, P. ulyssiponensis, хоча характеризується низьким метаболізмом, дуже чутливий до впливу підвищених температур (Prusina et al., 2014), як це спостерігається природним шляхом на місці дослідження (Benedetti-Cecchi et al., 2006).
Експериментальне проектування та відбір проб на місцях
В кінці експерименту помітні лімпи збирали, вимірювали та підтримували при -80 ° C для подальшого аналізу. Відсотковий покрив ниткоподібних водоростей (їх основного макроскопічного ресурсу) на ділянках візуально оцінювали за допомогою пластикового каркаса 15 × 15 см, розділеного на 16 субквадратів. Оцінка від 0 (відсутність) до 4 (повне покриття) була дана в кожному підквадраті, і остаточна оцінка була отримана шляхом підсумовування індивідуальних балів за 16 підквадратами (Dethier et al., 1993), для максимального балу 64. Значення тоді виражали у відсотках.