Bodensteiner, B. L., D. A. Warner, J. B. Iverson, C. L. Milne-Zelman, T. S. Mitchell, J. M. Refsnider & F. J. Janzen (2019): Geographic variation in thermal sensitivity of early life traits in a widespread reptile. – Ecology and Evolution 9(5): 2791-2802.

Geographische Unterschiede in Bezug auf die Temperatursensitivität bei frühen Lebensparametern bei einem weitverbreiteten Reptil.

DOI: 10.1002/ece3.4956

Taxa mit einer weiten geographischen Verbreitung kommen im Allgemeinen mit verschiedensten makroklimatischen Bedingungen zurecht, wobei ihnen lokale Adaptation und/oder phänotypische Plastizität abverlangt wird um ihren Phänotyp den jeweils vorliegenden, lokalen Umweltbedingungen anzupassen. Diese öko-evolutiven Prozesse sind insbesondere von Interesse bei Organismen deren Lebensfunktionen direkt durch die Umgebungstemperatur beeinflusst werden, so wie dies bei der Embryonalentwicklung von oviparen Ektothermen der Fall ist. Hier untersuchten wir die räumliche Verbreitung von Fitnessparametern bei sehr jungen Phänotypen über das Gesamtverbreitungsgebiet für ein weitverbreitetes Wirbeltier, der Zierschildkröte (Chrysemys picta). Wir quantifizierten diese frühen Lebensparameter bei Embryonen und Schlüpflingen aus sieben Lokalitäten (in Idaho, Minnesota, Oregon, Illinois, Nebraska, Kansas, und New Mexico) und zwar nach der Inkubation der Eier unter konstanten Bedingungen über eine Spanne von umweltrelevanten Temperaturbedingen. Die thermalen Reaktionsnormen variierten in Bezug auf die Inkubationsdauer und das Schlupfgewicht zwischen den Lokaltypen bei diesem grundlegenden Experiment, was anzeigt, dass es für diese Schwankungen entweder genetische Unterschiede gibt oder dass dafür präovulatorische, mütterliche Einflussnahmen verantwortlich sind. Allerdings zeigte sich auch, dass der Breitengrad als ein normalerweise zur Vorhersage benutzter Faktor um geographische Variation zu erklären kein starker Vorhersagefaktor war, um die beobachteten geographischen Unterschiede zu erklären. Unsere Daten lassen eher den Schluss zu, dass dieser Makroklimatische-Vorhersagefaktor nur ein sehr unzuverlässiges Vorhersagewerkzeug ist um damit mikroklimatische Bedingungen für lokale Nistbedingungen zu erklären. Stattdessen scheinen hier komplexe Interaktionen zwischen abiotischen und biotischen Faktoren stattzufinden, die die zwischen den Populationen zu beobachtenden phänotypischen Variationen innerhalb diese Systems erklären. Das Verständnis dieser räumlichen Variationsmuster bei den Schlüssellebensparametern liefert aber wichtige Einblicke in Bezug auf die Anpassungsfähigkeit an derzeitige und zukünftige klimatische Umweltbedingungen.

Chrysemys picta – © Hans-Juergen Bidmon
Zierschildkröte, Chrysemys picta
© Hans-Juergen-Bidmon

Kommentar von H.-J. Bidmon

Diese Studie liefert interessante Einblicke und liefert indirekt auch Anzeichen dafür warum für wechselwarme Schildkröten die häufig bemühte Bergmansche Regel nicht wirklich sinnvoll anzuwenden ist. Zudem verweist die Studie auf genetische (epigenetische) lokalspezifische Anpassungen, die sowohl den Embryo direkt betreffen oder die über lokalphänotypspezifische Signale von den Müttern an die Eier weitergegeben werden und die dann die Embryoentwicklung beeinflussen. Es zeigt sich aber, dass es eben alles andere als einfach ist solch komplexe Lebensvorgänge zu analysieren wozu weit mehr Forschungsarbeit notwendig wäre. Allerdings hat diese Studie auch in Bezug auf die Deutung der Ergebnisse einige Probleme, denn hier wurden konstante experimentelle Inkubationsbedingungen eingesetzt, also etwas das in der Natur so sogut wie nie vorkommt. Damit ist die Studie auch schwer vergleichbar mit anderen. Allein wenn wir die Erkenntnisse bezüglich der Stoffwechseldaten von Schildkrötenembryonen berücksichtigen fällt auf, dass die embryonale Entwicklungsgeschwindigkeit bei wechselwarmen Reptilien von den Temperaturschwankungen direkt beeinflusst wird (z.B. McGlashan et al., 2017 und den dortigen Kommentar). Somit kann man die eigentliche Lokalphänotyp-spezifische Inkubationsdauer sowie das Schlupfgewicht welches ja auch von der embryonalen Metabolismusrate mitbestimmt wird nicht wirklich aus Experimenten unter temperaturkonstanten Bedingungen ablesen. Insofern können die hier experimentell für die unterschiedlichen Lokalpopulationen erzielten Ergebnisse sehr artifiziell sein im Vergleich zu jenen die man bei natürlicher Inkubation vor Ort im lokaltypischen Mikrohabitat erreicht hätte. Sicher war das Ziel der Forscher hier die Inkubationsbedingungen für alle möglichst gleich zu halten um zu schauen ob es lokaltypische ererbte oder mütterliche Einflüsse gibt, aber daraus kann man dann aber nicht wirklich ableiten, dass z.B. der Breitengrad nur einen bedingten Einfluss hat, denn die natürlichen Umweltbedingungen die für ein breitengradtypisches Makro- oder Mikrohabitat in Bezug auf die Temperaturbedingungen typisch wäre wurden hier ja experimentell durch das konstant halten der Temperatur ausgeschaltet. Also Vorsicht beim Vergleich dieser Ergebnisse mit jenen aus anderen Studien! Siehe dazu auch Carter et al., (2019).

Literatur

Carter, A. L., B. L. Bodensteiner, J. B. Iverson, C. L. Milne-Zelman, T. S. Mitchell, J. M. Refsnider, D. A. Warner & F. J. Janzen (2019): Breadth of the thermal response captures individual and geographic variation in temperature‐dependent sex determination. – Functional Ecology 33(10): 1928-1939 oder Abstract-Archiv.

McGlashan, J.K., M. B. Thompson, J. U. Van Dyke & R. J. Spencer (2017): Thyroid Hormones Reduce Incubation Period without Developmental or Metabolic Costs in Murray River Short-Necked Turtles (Emydura macquarii). – Physiological and Biochemical Zoology 90(1): 34-46 oder Abstract-Archiv.

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