生态时标上的生理适应–Alex Gunderson和Manuel Leal的新研究

cristatellus 来自波多黎各。拍摄的照片 利亚姆·雷维尔(Liam Revell)

Anolis 蜥蜴是进化生态学的模型系统,因为它们是非常适应的生物。从长期来看 学习 由乔纳森·洛索斯(Jonathan Losos),戴夫·斯佩勒(Dave Spiller),汤姆·斯科纳(Tom Schoener)等人进行的研究表明,在生态学时间尺度上,Anole可以迅速适应其行为和形态。例如,存在地面掠食者(南美白对虾)形成了强烈的选择性梯度,有利于 萨格雷 在一代人中后肢更长。有趣的是,在后续行动中 研究 这种捕食者的长期影响是 萨格雷 进化出较短的后肢,因为它们倾向于高出地面,那里的直径比靠近地面的地方窄。这些对快速形态演变的研究使甲壳类动物与棘背鱼等非常独特, 周生菌 沙滩鼠,来自特立尼达的孔雀鱼,加拉帕戈斯雀和其他很少的脊椎动物系统,已经明确地证明了它们在生态时间尺度上的进化变化。

一个明显的例外 Anolis ‘evolvability,’但是,是热生理学。爬行动物的热生理学通常是进化保守的–相隔数百万年并在非常不同的热环境中发现的分类单元通常会共享相似的生理模式。但最近的研究表明,某些生理指标可能不像以前认为的那样静态,并且 Anolis 入侵提供了一个绝佳的机会,可以了解实际的生理状况如何。

虽然原产于波多黎各的宜人的小岛, cristatellus 已在佛罗里达州永久居住。该物种现已在南佛罗里达州乃至某些近海岛屿上得到了很好的确立。尽管对于像我这样的东北居民来说,佛罗里达似乎永远温暖,但实际上比波多黎各要冷得多。在上一个 研究Jason Kolbe及其同事证明了波多黎各和佛罗里达之间的热生态位(即可用的热栖息地)差异很大,并且在其中一种入侵种群中显示出对热环境适应的快速进化反应。这为入侵的入侵者发展其热生理特性以适应其新环境提供了可能性。

图1.自迈阿密以来,迈阿密(实线)和波多黎各(虚线)的最高气温(顶线)和最低气温(底线)。 cristatellus invasion.

输入杜克大学的Manuel Leal和Alex Gunderson。在他们最近的 ,他们检查了生理学是否已经在侵袭性人群中进化了 cristatellus 来自迈阿密。正如曼努埃尔(Manuel)在他的解释 博客,肛门可以在白天保持行为温暖,但在夜间却无法逃脱寒冷。的确,迈阿密和波多黎各之间的最高温度似乎变化不大(图1)。然而,最低温度显示出明显的变化,特别是在冬天,最低温度相差约10°C。他认为可能存在较强的选择性压力,以通过较低的耐寒性(临界热最小值或CTmin)来适应较低的夜间温度。然而,鉴于绝大多数证据表明生理进化是主要保守的,亚历克斯对此持怀疑态度。

图2.箱形图显示了临界热最小值(CTmin)值 cristatellus 来自迈阿密(灰色)和波多黎各(白色)的春季和秋季测量值。

对于他们的耐寒性实验,Alex和Manuel检查了 cristatellus 在春季和秋季从迈阿密出发,在秋季从波多黎各出发(图2)。尽管春季和秋季的环境空气温度明显不同,但迈阿密蜥蜴的CTmin并没有显着差异。但是,佛罗里达人口的平均CTmin比波多黎各人的平均CTmin低约3°C。鉴于爬行动物之间的热生理高度保守,并且这种差异是在大约35代的过程中演变而来的,因此入侵物种与本地种群之间CTmin的差异非常显着。当然,这是有力的证据表明,在生态学时期内,Anole具有生理适应性。

在阅读本文时,令我震惊的是,尽管蜥蜴中热生理学主要保持不变,但茴香是该规则的一个明显例外。 Rodolfo Ruibal,Stan Rand,Paul Hertz和Frederica van Berkum等人已记录了肛门之间热生理学的广泛差异。的确,在封闭的冠层肛门中,生理不稳定性最明显。 cristatellus 是一个开放的栖息地物种–也许因此它的生理学不会那么不稳定。然而,即使在生理特性上一般显示出进化不稳定性的情况下,如此强的生理适应性也可以在如此短的时间内发生,这是非常显着的。

这项研究的重要意义在于,它可能会改变我们对爬行动物如何应对气候变暖的认识。许多预测表明,热带爬行动物,尤其是封闭式冠层森林中的爬行动物,由于其生理偏爱较凉的温度,以及根深蒂固的热生理学上呈惰性的观念,因此特别容易受到气候变暖的影响。 Leal和Gunderson证明,短期内会发生剧烈的生理进化,并且至少在短期内可以潜在地帮助有机体缓冲环境变暖的影响。然而,变暖的最终结果是生理和行为都无法完全缓解较热的热环境,并且数量惊人的爬行动物处于灭绝的危险中。

ResearchBlogging.orgManuel Leal&亚历克斯·R·甘德森(Alex R.Gunderson)。 (2012)。热带蜥蜴的热耐受性快速变化。美国博物学家。 180:815-822。 DOI: 10.1086 / 668077

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8 Comments

  1. 将这项工作与(至少)迈阿密的其他8个侵入性肛门进行复制可能会很有启发。因为那些甲壳虫来自不同的岛屿和血统,所以我们可以感觉到这种生理适应在整个Anolis树上是否普遍。我也想知道在此结果中可能有多少创始人效应。

  2. Manuel Leal

    玛莎(玛莎)您的总结非常好,比我们的论文要好得多。我同意,肛门可能是热生理方面的例外。但是正如您很好地指出的那样,时间尺度使我对我们的结果感到兴奋。先前的研究最有可能考察数十万或可能数百万年的规模。所以尽管我“anole brain”对此发现并不感到惊讶(如果对我来说很冷,对他们来说应该很冷),很高兴看到这是真的。

    • 玛莎·穆诺兹(Martha Munoz)

      德纳达,曼努埃尔!我喜欢这篇论文,我’我很高兴看到这项研究的方向。
      -玛莎

  3. 安比卡·卡玛特(Ambika Kamath)

    是否知道CTmax或CTmin是否更不稳定?像这样,适应较凉的温度比温热的温度容易吗?

    • 亚历克斯·冈德森

      这是一个有趣的问题。在种群和种类的外热中,CTmin的地域差异似乎比CTmax的地域差异大,尤其是沿海拔和纬度梯度。造成这种情况的部分原因可能是,最低环境温度在地理位置上的变化大于最高温度(例如,参见上面的图1)。或者,正如我们还假设的那样,行为可能无法缓解寒冷条件下的蜥蜴,特别是在夜间。在其他所有条件相等的情况下,CTmin是否比CTmax更加不稳定’m not sure there’尽管在诸如果蝇等一些外温的实验室选择中显示了CTmax的变化,但这仍是一个答案。雷·休伊(Ray Huey)显然是从热力学角度研究这个问题,但我不知道’认为它已经出版。

  4. 乔纳森·洛索斯(Jonathan Losos)

    昨天在这篇论文上有一篇不错的文章, 链接到它 还包括一个五分钟的波多黎各人肛门展示视频。

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