Resumen de Comparative ecophysiological responses of supratidal rockpools Ochthebius species (Coleoptera: Hydraenidae) to multiple stressors
- español
Los ecofisiólogos se enfrentan a uno de los mayores retos: comprender la adaptación de las especies a los cambios ambientales en un mundo en constante transformación. Utilizan como modelo ecosistemas con condiciones ambientales extremas que plantean importantes retos fisiológicos a los organismos que los habitan, como las pozas supralitorales mediterráneas, que presentan largos periodos de desecación, con importantes fluctuaciones ambientales y condiciones extremas de alta temperatura y salinidad. Esta tesis se centra en la comparativa de las respuestas ecofisiológicas a múltiples estresores de tres especies de escarabajos acuáticos del género Ochthebius: O. quadricollis, O. lejolisii, y O. subinteger, exclusivas de estos hábitats. El objetivo principal fue buscar patrones de respuesta, comunes o diferentes, en especies que coexisten en el mismo hábitat. Capítulo 1. Se determinó y comparó, entre poblaciones de las tres especies de Ochthebius, el límite térmico superior; y se estudió el efecto de la salinidad de aclimatación (a niveles de no estrés y subletal) sobre la tolerancia térmica en adultos y larvas de O. quadricollis y O. lejolisii. Además, se determinaron los umbrales de temperatura para que se produzcan respuestas de escape (emersión del agua y vuelo). Se encontraron diferencias significativas entre las especies y poblaciones en la tolerancia térmica. La especie que mostró mayor tolerancia térmica sin efecto de la aclimatación salina fue O. quadricollis. Ochthebius lejolisii mostró efectos en su tolerancia térmica a una salinidad subletal, aumentando su tolerancia en larvas y disminuyendo en adultos. Los umbrales de temperatura para las respuestas de escape variaron entre especies en concordancia con su tolerancia fisiológica. La salinidad afectó los umbrales de temperatura para la emersión en ambas especies. Además, se observó un efecto aditivo de la temperatura y salinidad en la frecuencia de emergencia y vuelo en ambas especies. Estos hallazgos proporcionan información valiosa para desarrollar modelos de supervivencia frente al cambio climático. Capítulo 2. Se identificó y comparó el nicho salino realizado y fundamental de adultos, larvas y huevos de O. quadricollis y O. lejolisii. El nicho realizado se determinó mediante datos de campo sobre la abundancia de adultos y larvas, mientras que el nicho fundamental se analizó en experimentos de laboratorio exponiendo adultos, larvas y huevos a diferentes niveles de salinidad. Ambas especies demostraron ser eurihalinas, tolerando salinidades extremas en su hábitat natural, especialmente O. quadricollis. En el laboratorio, O. lejolisii mostró mayor tolerancia fisiológica que O. quadricollis en todos los estados de vida. Comparando los estados de vida de cada especie, tanto larvas como huevos fueron más tolerantes que los adultos. Estas especies mostraron una elevada capacidad fisiológica para soportar salinidades extremas, un factor que podría verse agravado por el cambio climático. Capítulo 3. Se evaluó la tolerancia cruzada de O. quadricollis y O. lejolisii a la salinidad y desecación. Adultos, larvas y huevos de ambas especies se aclimataron a niveles de no estrés y subletales de salinidad, y luego a desecación extrema. Ambas especies mostraron respuestas similares a la desecación en su ontogenia, siendo larvas y huevos más resistentes que adultos. Las larvas de O. lejolisii fueron más tolerantes a la desecación que las de O. quadricollis, mientras que los huevos de O. quadricollis tuvieron mayor éxito, previa aclimatación, a una salinidad no estresante. En cambio, los huevos de O. lejolisii mantuvieron tasas de eclosión similares a ambas salinidades. Capítulo 4. Se testaron dos hipótesis en poblaciones de O. lejolisii de áreas con diferente variabilidad térmica: la adaptación metabólica al frío (MCA) y la hipótesis de la variabilidad climática (CVH). Se realizaron experimentos de aclimatación recíproca bajo diferentes regímenes de temperatura para evaluar la plasticidad fenotípica y adaptación local en las tasas metabólicas y límites térmicos. La población de mayor latitud, con un clima más frío, mostró tasas metabólicas más altas a bajas temperaturas, confirmándose la MCA. La población de latitud más baja, con mayor variabilidad climática, demostró una mayor tolerancia térmica, pero solo la población de mayor latitud mostró plasticidad en su límite térmico superior. Estos resultados sugieren compensaciones entre tolerancia y plasticidad en la adaptación térmica de la especie, por lo que podría aumentar la vulnerabilidad de las poblaciones costeras mediterráneas frente al aumento de temperaturas por el cambio climático. Estos hallazgos contribuyen a la comprensión del efecto de la interacción de factores de estrés en las especies y sus respuestas ontogenéticas. Las diferencias entre especies y estados de vida podrían relacionarse con los diferentes nichos microambientales que ocupa cada especie.
- English
The ecophysiologists face one of today's greatest challenges: understanding species' adaptation to environmental changes in an ever-transforming world. They use ecosystems with extreme environmental conditions as models, which present significant physiological challenges to the organisms inhabiting them. One interesting study system are the Mediterranean supratidal rockpools that suffer long periods of desiccation, resulting in significant environmental fluctuations with extreme conditions of high temperature and salinity. This thesis focuses on the ecophysiological comparative responses to multiple stressors of three aquatic beetle species from the genus Ochthebius: O. quadricollis, O. lejolisii, and O. subinteger, exclusive of rockpools. The main goal was to seek their common or different response patterns. Chapter 1. The temperature at which heat coma occurs was determined and compared among populations of the three Ochthebius species. The effect of acclimation salinity (at non-stressful and sublethal levels) on thermal tolerance in adults and larvae of O. quadricollis and O. lejolisii was studied. Furthermore, thresholds of temperature for escape responses (water emergence and flight) were identified. Significant differences were found in thermal tolerance between species and populations. Ochthebius quadricollis exhibited greater thermal tolerance without the effect of saline acclimation. In contrast, O. lejolisii showed effects on thermal tolerance at a sublethal salinity, increasing tolerance in larvae and decreasing in adults. Thresholds of temperature for escape responses varied between species in accordance with their physiological tolerance. Salinity affected the thresholds of temperature for water emergence in both species. An additive effect of temperature and salinity on the frequency of emergence and flight was observed in both species. These findings provide valuable information for developing survival models against climate change. Chapter 2. The realized and fundamental saline niches of adults, larvae, and eggs of O. quadricollis and O. lejolisii were identified and compared. The realized niche was determined using field data on the abundance of adults and larvae, while the fundamental niche was analysed in laboratory experiments exposing adults, larvae, and eggs to different salinity levels. A discrepancy was found between the realised and fundamental niches. Both species proved to be euryhaline, tolerating extreme salinities in their natural habitat, especially O. quadricollis. In the laboratory, O. lejolisii showed greater physiological tolerance than O. quadricollis in all life stages. Comparing life stages, both larvae and eggs were more tolerant than adults. These species exhibited a high physiological capacity to withstand extreme salinities, a factor that could be exacerbated by climate change. Chapter 3. The cross-tolerance of O. quadricollis and O. lejolisii to salinity and desiccation was evaluated. Adults, larvae, and eggs of both species were acclimated to non-stressful and sublethal salinity levels, followed by exposure to extreme desiccation. Both species showed similar responses to desiccation throughout ontogeny, with larvae and eggs being more resistant than adults. Ochthebius lejolisii larvae were more desiccation-tolerant than O. quadricollis larvae, while O. quadricollis eggs had greater success following acclimation to non-stressful salinity. Ochthebius lejolisii eggs maintained similar hatching rates at both salinity levels. Chapter 4. Two hypotheses were tested in populations of O. lejolisii from areas with different thermal variability: the Metabolic Cold Adaptation (MCA) and Climatic Variability Hypotheses (CVH). Reciprocal acclimation experiments under different fluctuating temperature regimes were conducted to evaluate phenotypic plasticity and local adaptation in metabolic rates and thermal limits. The population at higher latitude, featuring a colder climate, showed higher metabolic rates at low temperatures, confirming the MCA. The lower latitude population, with greater climatic variability, demonstrated higher thermal tolerance. Only the higher latitude population exhibited plasticity in its upper thermal limit. These results suggest trade-offs between tolerance and plasticity in the thermal adaptation, increasing the vulnerability of Mediterranean coastal populations against higher latitude Atlantic populations to extreme temperature increases by climate change. All these findings contribute to understanding the effect of stress factor interactions on the studied species and their responses throughout their life cycle. The differences between species and life stages may be related to the different microenvironmental niches each species occupies.
