Hur väl bin tolererar extrema temperaturer kan avgöra deras förmåga att bestå i ett föränderligt klimat. Men värmetoleransen varierar mellan och inom populationer, så en forskargrupp ledd av Penn State entomologer undersökte biets fysiska egenskaper – som könsskillnader i kroppsmassa – för att förstå hur dessa egenskaper interagerar med miljöförhållanden, patogener och andra faktorer.
I en studie publicerad nyligen i Ecology and Evolution , forskarna mätte kroppsmassa, lokalt klimat och patogenintensitet för att bedöma hur dessa faktorer påverkar värmetolerans och dess populationsnivåvariation bland individer av arten Xenoglossa pruinosa, allmänt känd som gråsquashbiet. De fann att variationen i värmetolerans påverkades av binas storlek, kön och infektionsstatus.
"Småkroppiga, ektotermiska - eller kallblodiga - insekter anses vara mycket känsliga för klimatförändringar eftersom deras förmåga att upprätthålla rätt kroppstemperatur beror på yttre förhållanden", säger studieförfattaren Laura Jones, som ledde forskningen som doktorand. i ekologi vid Penn State och är nu postdoktor vid University of Texas i Austin.
"Att förstå hur organismer tolererar extrema temperaturer är avgörande för att bedöma hotet klimatförändringar utgör för arternas utbredning och persistens."
Jones noterade att det finns ett växande intresse för att studera värmetoleransen och acklimatiseringskapaciteten hos ektotermer inför förändrade abiotiska förhållanden såsom omgivningstemperatur.
"Men få studier har undersökt biotiska effekter, såsom patogeninfektion, på termisk tolerans i naturliga populationer i kombination med abiotiska faktorer," förklarade hon. "Dessutom kan fysiska egenskaper som kroppsstorlek eller fettinnehåll påverka hur organismer tolererar temperatur, så det är viktigt att beakta individuella tillstånd, såväl som de abiotiska och biotiska faktorerna som individer upplever i naturliga miljöer, när man utvärderar värmetoleransen hos populationer ."
En pollinatör av gurkgrödor som squash och pumpa, det grå squashbiet är en ensam art som uppvisar könsskillnader i fysiologi och beteende, enligt forskarna. Honor är större än hanar och samlar pollen till avkomman på morgonen till middag. Honorna häckar under jord, vilket buffrar dem från variationer i lufttemperatur, även om markens struktur kan påverka graden av termisk buffring eftersom sandjordar har lägre värmekapacitet.
Hanarna däremot är mindre, söker bara nektar och buffrar sig från värme genom att dra sig tillbaka till vissnade blommor efter att de slutat föda vid middagstid. Så hanar utsätts för mer varierande omgivningstemperaturer än honor under dagen och natten.
Forskarna antog att binas värmetolerans skulle öka med kroppsstorleken; att manlig värmetolerans skulle öka med omgivande temperaturer över marken medan kvinnlig värmetolerans skulle öka med sandare jordar; och att parasitinfektion skulle minska värmetoleransen.
För att testa dessa hypoteser samlade forskarna squashbin från 14 platser över Pennsylvania som varierade i medeltemperatur, nederbörd och jordstruktur. De mätte individers kritiska termiska maximum – temperaturen över vilken en organism inte kan fungera – som en proxy för värmetolerans och bestämde den relativa intensiteten för tre parasitgrupper:protozoparasit trypanosomer, bakteriepatogen Spiroplasma apis och mikrosporidianparasiten Vairimorpha apis.
Teamet fann att kroppsstorlek, miljötemperatur och parasitinfektion har kontext- och könsberoende effekter på värmetolerans hos squashbin.
"Även om båda könen visade en positiv korrelation mellan värmetolerans och storlek, hade squashbina en större förändring i sitt kritiska termiska maximum per enhet kroppsvikt än honor, vilket tyder på att det kan finnas en annan biologisk egenskap som påverkar kroppsmassans inverkan på värmetoleransen. som skiljer sig mellan könen", säger studiens medförfattare Margarita López-Uribe, docent i entomologi och Lorenzo L. Langstroth tidig karriärprofessor vid Penn State's College of Agricultural Sciences.
Studien visade att genomsnittlig daglig maximal temperatur, nederbörd och markstruktur inte förutspådde kritiskt termiskt maximum. Men resultaten visade att där genomsnittliga maxtemperaturer var högst, var variationen i värmetolerans mellan individer lägre, vilket tyder på att extrema temperaturer "filtrerade bort" individer med höga och låga kritiska termiska maxima, sa forskarna.
"Många biarter kan aktivt kontrollera sin kroppstemperatur oberoende av omgivande temperaturförhållanden och därmed potentiellt mildra effekterna av extrema temperaturer", säger medförfattaren Rudolf Schilder, docent i entomologi och biologi vid College of Agricultural Sciences och Eberly College of Science . "Men om squashbin ägnar sig åt sådant beteende är okänt."
Av de tre parasiter som mättes var det bara trypanosomer som påverkade värmetoleransen – och endast bland squashbinhonor.
"Denna inverkan av parasitinfektion på kvinnlig termisk tolerans är särskilt oroande med tanke på att befolkningstillväxten beror på kvinnlig fertilitet, och honor är vanligtvis redan mindre förekommande än män," sa López-Uribe.
Sammantaget, sade Jones, bidrar studien till växande bevis för att ryggradslösa djur med små kroppars förmåga att anpassa eller acklimatisera sin värmetolerans till lokala klimatförhållanden är begränsad och beror på flera faktorer.
"Med tanke på detta är det avgörande att identifiera de populationer som är i riskzonen under framtida klimatscenarier," sa hon. "Vi föreslår att framtida forskning bedömer de termiska toleranserna för populationer över en arts utbredning för att identifiera de som är mest sårbara för lokal utrotning."
Mer information: Laura J. Jones et al, Kroppsmassa, temperatur och patogenintensitet påverkar på olika sätt kritiska termiska maxima och deras populationsnivåvariation i ett solitärt bi, Ecology and Evolution (2024). DOI:10.1002/ece3.10945
Journalinformation: Ekologi och evolution
Tillhandahålls av Pennsylvania State University
