Treidel, L. A., A. W. Carter & R. M. Bowden (2016): Temperature experienced during incubation affects antioxidant capacity but not oxidative damage in hatchling red-eared slider turtles (Trachemys scripta elegans). – The Journal of experimental biology 219(4): 561-570.
Die erfahrenen Inkubationstemperaturen beeinflussen die Kapazität für „Oxidativen-Stress“ aber nicht das Ausmaß der oxidativen Schädigung bei Schlüpflingen der Rotwangen-Schmuckschildkröte (Trachemys scripta elegans).
DOI: 10.1242/jeb.128843 ➚
Trachemys scripta elegans,
© Hans-Jürgen Bidmon
Unser Verständnis dafür wie Phänotypen, die eine oxitative Stresstolernaz zeigen, durch die Umwelt in der sie sich entwickeln, beeinflusst werden ist begrenzt. Eine der Komponenten in der Umwelt von sich entwickelnden Tieren, die eine zentrale Rolle in Bezug zum frühen Oxidativen-Stress bei wechselwarmen, ovoviviparen Arten spielt, ist die Temperatur. Wir untersuchten, wie sich Veränderungen der Inkubationstemperatur auf eine oxidative Schädigung und auf die antioxidative Kapazität (TAC) bei Schlüpflingen der Rotwangen-Schmuckschildkröte (Trachemys scripta elegans) auswirken. Um zum einen zu untersuchen, ob die Temperaturschwankungen zu oxidativen Stress führen, verteilten wir Eier verschiedener Gelege nach dem Zufallsprinzip in zwei Inkubationsgruppen, wobei eine Gruppe bei konstant 29,5 °C und die andere bei täglich fluktuierenden Temperaturen von 28,7 °C ±3 °C inkubiert wurden. In einem zweiten Ansatz untersuchten wir, wie sich die Häufigkeit (Frequenz) der Temperaturschwankungen in Bezug zum oxidativen Stress auswirken, indem wir 3 Gruppen an Eiern bei drei unterschiedlich fluktuierenden Temperaturen von 28,7 °C ±3 °C inkubierten: Alle 12 (Hyper), alle 24 (Normal) und alle 48 Stunden (Hypo). Zum dritten testeten wir, wie sich eine durchschnittliche Temperatur auf die Schlüpflinge auswirkt, indem wir Gruppen von Eiern bei einem täglich fluktuierenden Temperaturregime mit einer Durchschnittstemperatur von 26,5 °C (Niedrig), 27,1 °C (Mittel) oder bei 27,7 °C (Hoch) inkubierten. Obwohl sich bei diesen Versuchen zeigte, dass das Ausmaß der oxidativen Schädigung bei den Schlüpflingen durch keine der Inkubationsmanipulationen beeinflusst wurde, zeigte sich doch, dass die TAC sowohl von der Inkubationstemperatur wie auch von der Frequenz ihrer Schwankung und von der Höhe der Durchschnittstemperatur beeinflusst wurde. Schlüpflinge, die bei Inkubationstemperatur inkubierten, die mit niedriger Frequenz schwankte, zeigten eine niedrige TAC, wohingegen jene, die bei der niedrigsten Durchschnittstemperatur inkubierten, eine hohe TAC zeigten. Diese Ergebnisse zeigen, dass obwohl die getestete thermische Umgebung nicht ausreichte, um oxidative Schäden zu verursachen, es doch zu entwicklungsbedingten Veränderungen bei der TAC kam, die sehr wahrscheinlich auf temperatur-abhängigen Veränderungen der metabolischen Rate (Stoffwechselrate) beruhen. Diese zu beobachtenden Unterschiede bei der TAC können wichtig sein und zukünftige Konsequenzen für die Fitness der Schlüpflinge haben, die insbesondere auch ihre Überlebensrate bei der Überwinterung beeinflussen können.
Kommentar von H.-J. Bidmon
Die Autoren haben hier sicherlich keine Extremtemperaturen getestet und auch bei den Temperaturschwankungen eine moderate Schwankungsbreite gewählt. Insofern wundert es einen auch nicht, dass es hier zu keinen Schädigungen durch oxidativen Stress kam. Dennoch ist es überraschend, dass gerade die niedrigste Schwankung in der Inkubationstemperatur zu einer Absenkung der oxidativen Kapazität führte. Dies erklären die Autoren damit, dass die Warmphasen bei niedriger Schwankungsfrequenz auch länger anhalten und der Metabolismus länger hoch bleibt, sodass eventuell nicht genug Sauerstoff schnell genug über die Eierschale ins Innere des Eies gelangt. Letzteres erhöht den oxidativen Stress und senkt deshalb die verbleibende Kapazität gegenüber oxidativen Stress. Hier könnte es aber noch zusätzlich so sein, dass gerade bei fluktuierenden Temperaturen es nach jeder Abkühlung zu einer Steigerung des Metabolimus in der Warmphase kommt, die dann bei einem 48 Stundenrhythmus auch unnatürlich lange anhalten würde (siehe auch Du et al. 2009; Du & Shine 2010). Tiere mit erniedrigter TAC, die im Ei überwintern müssen und erst im Frühjahr wieder Energie für den Schlupf benötigen, könnten durch eine erniedrigte TAC negativ beeinträchtigt werden oder gar absterben. Auf alle Fälle zeigen allein schon diese bei relativ physiologischen Bedingungen durchgeführten Experimente, dass die Regulation der Mechanismen (Baker et al. 2007, Keenan et al. 2015) zum Umgang mit oxidativen Stress eine wichtige Rolle im Leben dieser Schildkröten spielen. Siehe auch: Booth 2006.
Literatur
Baker, P. J., J. P. Costanzo & R. E. Lee Jr.. (2007): Oxidative stress and antioxidant capacity of a terrestrially hibernating hatchling turtle. – Journal of Comparative Physiology B: Biochemical, Systemic, and Environmental Physiology 177(8): 875-883 oder Abstract-Archiv.
Booth, D. T. (2006): Influence of incubation temperature on hatchling phenotype in reptiles. – Physiological and Biochemical Zoology 79(2): 274-281 oder Abstract-Archiv.
Du, W. G. & R. Shine (2010): Why do the eggs of lizards (Bassiana duperreyi: Scincidae) hatch sooner if incubated at fluctuating rather than constant temperatures?. – Biological Journal of the Linnean Society 101(3): 642-650 oder Abstract-Archiv.
Du, W. G., J. W. Shen & L. Wang (2009): Embryonic development rate and hatchling phenotypes in the Chinese three-keeled pond turtle (Chinemys reevesii): The influence of fluctuating temperature versus constant temperature. – Journal of Thermal Biology 34(5): 250-255 oder Abstract-Archiv.
Keenan, S. W., C. A. Hill, C. Kandoth, L. T. Buck & D. E. Warren (2015): Transcriptomic Responses of the Heart and Brain to Anoxia in the Western Painted Turtle. – PLoS One 10(7): e0131669 oder Abstract-Archiv.
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Trachemys scripta elegans – Rotwangen-Schmuckschildkröte