Mit jedem Jahr verändert der Klimawandel die Eigenschaften und erhöht die Temperaturen von Gebirgsbächen auf der ganzen Welt. Diese sich ändernden Bedingungen wirken sich auf verschiedene direkte und indirekte Weise auf Organismen aus, die in Bergen leben, und das Schicksal vieler wird von ihrer Fähigkeit bestimmt, sich anzupassen und zu entwickeln, bevor sie aussterben.
Bis zu diesem Punkt war es keine leichte Aufgabe, zu bestimmen, welche Populationen an einem bestimmten Ort bestehen bleiben. Aber dank einer kürzlich in der veröffentlichten Studie Zeitschrift für experimentelle Biologieist ein Team von Forschern der University of Montana dem Verständnis näher gekommen, wie ein bestimmter Organismus, die Lachsfliege, auf die steigenden Süßwassertemperaturen unserer sich verändernden Welt reagieren könnte.
Rachel Malison, Assistenz-Forschungsprofessorin an der Flathead Lake Biological Station der UM, sagte, dass Populationen von Wasserinsekten auf verschiedene Weise auf den Klimawandel reagieren könnten. Diese Reaktionen umfassen die Verschiebung ihres Verbreitungsgebiets, die Entwicklung neuer Physiologien und Verhaltensweisen, das Aufzeigen physiologischer und verhaltensbezogener Plastizität oder das Aussterben.
„Wir haben Lachsfliegen untersucht, weil sie ein wichtiger Teil des Nahrungsnetzes sind“, sagte Malison. „Eine Lachsfliege kann einem Fisch viel Energie liefern, und sie hat viele Kiemen – wo Sauerstoff aufgenommen wird – was für physiologische Messungen wichtig war. Wir müssen verstehen, wie Wasserinsektenpopulationen auf sich verändernde Lebensräume reagieren, weil sie spielen wichtige Rollen bei der Verarbeitung von Materialien in Flüssen und der Bereitstellung von Nahrung für andere Organismen.“
Malison und ihr Team konzentrierten sich auf physiologische und verhaltensbedingte Plastizitätsreaktionen und maßen Veränderungen in Wachstum, Überleben und beobachtbaren Atmungsmerkmalen von Lachsfliegennymphen in verschiedenen experimentellen Kombinationen von gelöstem Sauerstoff und Temperatur. Es wurden spezifische Kombinationen verwendet, da steigende Temperaturen einen höheren Stoffwechselbedarf an Sauerstoff in Organismen stimulieren können, der den verfügbaren Sauerstoff in der Umgebung übersteigt, was zu einem Sauerstoffmangel für den Organismus führt.
Nachdem sie Lachsfliegennymphen über einen sechswöchigen Versuchszeitraum unterschiedlichen Temperatur- und gelösten Sauerstoffbedingungen ausgesetzt hatten, stellten die Wissenschaftler fest, dass Sauerstoff und Temperatur interagieren, um das Wachstum auf komplexe Weise zu beeinflussen.
Sie fanden heraus, dass die Überlebensrate bei den Nymphen, die wärmeren Wassertemperaturen ausgesetzt waren, nur geringfügig niedriger war. Nymphen, die sich an die wärmeren Temperaturen gewöhnen konnten, zeigten keine Veränderungen ihrer Mobilität in Abhängigkeit von der Temperatur. Aber Nymphen, die sich an weniger sauerstoffreiches Wasser gewöhnt hatten, begannen bei wärmeren Temperaturen als normal an Mobilität und Koordination zu verlieren.
„Die Temperatur, bei der Organismen ihre Fähigkeit verlieren, sich normal zu bewegen, ist ein wichtiger Indikator für die Temperaturtoleranz“, sagte Malison. „Wenn eine Steinfliege nicht kriechen oder sich umdrehen kann, kann sie Raubtieren nicht entkommen.“
Die Studienergebnisse deuten darauf hin, dass Lachsfliegennymphen mit ihren internen Systemen für die Aufnahme und Abgabe von Sauerstoff möglicherweise über genügend adaptive Plastizität verfügen, um zumindest einige der sich ändernden Bedingungen ihrer Lebensräume in Gebirgsbächen zu überleben.
Um die ersten Ergebnisse der Studie weiter zu testen, beobachteten und maßen Malison und ihr Team die Sauerstoffempfindlichkeit von Stoffwechselraten und Kiemenstrukturen, die sich auf den Brustsegmenten der Lachsfliegennymphen befinden.
Durch die Kombination der Ergebnisse mehrerer Leistungsmetriken weisen ihre Ergebnisse darauf hin, dass steigende Temperaturen und niedriger Sauerstoffgehalt in einer Weise interagieren können, die die Gesundheitsrisiken für Wasserinsekten erhöht, dass jedoch die physiologische Plastizität in Atmungssystemen in der Lage sein könnte, einige dieser Risiken auszugleichen.
Einfach ausgedrückt deuten die Ergebnisse der Studie darauf hin, dass die Akklimatisierung es der Lachsfliege, Montanas größter Steinfliege, ermöglichen könnte, länger als bisher erwartet in wärmeren Bächen zu überleben.
Diese Ergebnisse sind bemerkenswert, da Wissenschaftler weiterhin nach Antworten in einer ungewissen Zukunft suchen. Zu verstehen und vorherzusagen, wie natürliche Populationen auf unser sich veränderndes Klima reagieren, ist ein dringendes Problem, und die physiologische Plastizität kann ein Schlüsselmechanismus für die Widerstandsfähigkeit der Bevölkerung sein. Es ist jedoch schwierig, sein Potenzial einzuschätzen, da es über viele verschiedene Merkmale gleichzeitig auf verschiedenen Ebenen der biologischen Organisation auftreten kann.
„Modelle werden oft verwendet, um vorherzusagen, was mit unseren Gebirgsbächen und den Organismen darin in den kommenden Jahrzehnten passieren wird, aber die Modelle sind nur so gut wie die Informationen, die wir in sie eingeben“, sagte Malison. „Daten zu physiologischen Reaktionen auf der Ebene des Individuums zu haben, kann die Modelle erheblich verbessern, insbesondere wenn wir unerwartete Reaktionen messen.“
Die Forscher betonen, dass zusätzliche Studien an mehr Arten über längere Zeiträume erforderlich sind, um noch mehr ökologisch relevante Informationen darüber zu liefern, inwieweit die Akklimatisierung angesichts des Klimawandels ein Fortbestehen ermöglicht.
Diese Studien können mehr Zeit und Ressourcen erfordern, aber sie können auch wichtige Informationen über die langfristigen Auswirkungen des Klimawandels sowohl lokal als auch weltweit liefern.
Mehr Informationen:
Rachel L. Malison et al., Plastizität von respiratorischen Phänotypen der Lachsfliege (Pteronarcys californica) als Reaktion auf Temperatur- und Sauerstoffänderungen, Zeitschrift für experimentelle Biologie (2022). DOI: 10.1242/jeb.244253