Plasticitat tèrmica en el desenvolupament i diapausa d’una papallona de clima temperat al llarg del gradient latitudinal

L'investigador Constantí Stefanescu, coordinador científic del Grup de Recerca BiBio i del Catalan Butterfly Monitoring Scheme, ha publicat un article amb investigadors de la Universitat d'Helsinki i altres centres de recerca a la revista Functional Ecology. Aquest tracta sobre la plasticitat tèrmica de l'espècie damer puntejat (Melitaea cinxia) Catalunya, Bèlgica, Estònia i Finlàndia. A continuació, es mostren els punts claus de l'article i la recerca que s'ha dut a terme.

Un aspecte central en les històries vitals dels organismes és com utilitzen els recursos per a maximitzar l'èxit reproductiu. Les diferents estratègies seleccionades són el resultat de compromisos entre diferents trets biològics. Per exemple, en els insectes invertir en el creixement i aconseguir una mida més gran pot resultar beneficiós, perquè una major mida s'associa amb una major fecunditat.

Ara bé, assolir una mida més gran requereix un temps de desenvolupament més llarg, la qual cosa sovint comporta un risc més gran de predació en l'estadi larval. Segons les condicions ambientals en què es troba l'organisme, aquest compromís es resoldrà en un sentit o un altre.

En aquest estudi s'han estudiat les relacions entre la mida, el temps de desenvolupament i la taxa de creixement en el damer puntejat, Melitaea cinxia, i de quina manera les relacions que s'estableixen es veuen afectades per l'origen de les poblacions i les condicions ambientals a què estan exposades. Concretament, es va analitzar la variabilitat d'aquests trets biològics (és a dir, la seva plasticitat) en funció de la temperatura, al llarg d'una clina latitudinal que incloïa poblacions en 4 regions: Catalunya, Bèlgica, Estònia i Finlàndia.

Es va dissenyar un common garden experiment, criant grups de larves en prediapausa, per a les quals tant la mida com el temps de desenvolupament són trets rellevants: estudis previs han demostrat que les larves de mida més gran sobreviuen millor la diapausa que les més petites. Tanmateix, allargar molt el temps de desenvolupament per assolir una mida més gran pot ser problemàtic, sobretot a latituds altes, on la temporada favorable és curta i una temperatura massa freda pot matar les larves que tarden massa temps en entrar en diapausa. L'experiment va consistir en la cria de grups de 15 larves de cada regió (dues rèpliques per grup), assignats a 4 tractaments de temperatura (25ºC, 28ºC, 31ºC i 34ºC durant el dia, 8ºC durant la nit), amb un fotoperíode de 12D:12N.

L'estudi volia comprovar si existeixen diferències genètiques entre les poblacions pel que fa a la resposta a la temperatura dels diferents trets biològics estudiats, i si existeix un gradient de plasticitat en la resposta dels trets biològics al llarg de la clina geogràfica.

Els trets que es van mesurar i comparar van ser: el temps de desenvolupament fins a la diapausa; la taxa de creixement; la mida de les larves quan entren en diapausa; el contingut en lípids de les larves en diapausa; i l'estadi en què una larva entrava en diapausa (quart o cinquè estadi).

Es van trobar diferències significatives en la majoria dels trets en funció de la regió i la temperatura. Primerament, es va comprovar com les larves de latituds més altes es desenvolupen més ràpidament. A aquestes diferències hi contribueix un ritme de desenvolupament més gran en les poblacions nòrdiques. A més a més, les diferències en el temps de desenvolupament en funció de la temperatura són menors en aquestes poblacions. Per exemple, el temps de desenvolupament era molt similar en les poblacions fineses si es criaven a 25ºC o 34ºC, mentre que a les poblacions catalanes augmentava linealment a menor temperatura.

En segon lloc, les larves eren més grosses en les poblacions més meridionals a temperatures baixes, però no a les temperatures més altes. Contràriament, el contingut en lípids no segueix un patró latitudinal i només va augmentar lleugerament amb la temperatura.

Finalment, les larves sempre van entrar en diapausa en el cinquè estadi en les poblacions catalanes, independentment de la temperatura, mentre que a la resta de regions només a les temperatures més altes hi havia una alta incidència de la diapausa en cinquè estadi. Això va generar situacions extremes a 25ºC, ja que amb aquest tractament totes les larves catalanes entraven en diapausa en el cinquè estadi mentre que el 60-80% de les larves fineses ho feien en el quart estadi.

Els resultats indiquen l'existència de diferències genètiques entre regions, en el sentit previsible pel que fa a la velocitat del desenvolupament larvari. Les larves de les poblacions nòrdiques necessiten una taxa de desenvolupament prou ràpida perquè puguin assolir una mida suficient per poder entrar en diapausa tot i la curta durada de la temporada favorable. Això és particularment important a baixes temperatures, comunes en aquesta regió, la qual cosa explica que sigui sota aquestes temperatures baixes quan les diferències en el temps de desenvolupament entre les poblacions del nord i sud d'Europa són màximes. La forta pressió selectiva per un temps de desenvolupament ràpid a latituds altes també es tradueix en una plasticitat menor d'aquest tret en les poblacions fineses, comparades amb les catalanes.

Mitjanes marginals estimades del temps de desenvolupament (a), la massa en diapausa (b), la taxa de creixement larvari (c; totes amb N = 4566) i el contingut relatiu de greix en diapausa (d; N = 1215).

Un mecanisme per explicar el curt temps de desenvolupament en les poblacions nòrdiques a baixa temperatura és la capacitat que tenen les larves per entrar en diapausa en el quart estadi en comptes del cinquè. Això no passa a Catalunya, on les larves sempre hivernen en el cinquè estadi. Ara bé, la hibernació en quart estadi suposa, com a contrapartida, una mida menor, que podria arribar a comprometre la supervivència d'algunes larves. En les poblacions fineses, el compromís entre el temps de desenvolupament i la mida s'ha resolt a favor d'escurçar el primer a expenses d'una mida menor. En el cas de les poblacions més meridionals, en canvi, s'ha maximitzat una mida més gran durant la diapausa, a expenses d'un temps de desenvolupament més llarg. Per tant, a diferència del que passa amb el temps de desenvolupament, la plasticitat pel que fa a la mida en el moment de la diapausa és més gran al nord que al sud d'Europa.

En conjunt, aquests resultats no només evidencien diferències genètiques en les respostes dels trets estudiats al llarg de la clina geogràfica, sinó que demostren que les estratègies vitals més favorables varien en funció de les condicions ambientals. Així mateix, també deixen clar que per conèixer i predir millor les respostes dels organismes al canvi climàtic cal més recerca per entendre les diferències intraespecífiques en la plasticitat dels trets biològics als condicionants ambientals.

Podeu consultar l'article sencer aquí: https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1365-2435.14446 

Verspagen, N., Ikonen, S., Maes, D., Stefanescu, C., DiLeo, M. F., & Saastamoinen, M. (2023). Thermal plasticity in development and diapause strategy in a temperate butterfly across a latitudinal gradient. Functional Ecology, 00, 1–13. https://doi.org/10.1111/1365-2435.14446

Imatge de portada: Damer puntejat (Melitaea cinxia). Autoria: Constantí Stefanescu.

Vegeu la notícia al web del Museu de Ciències Naturals de Granollers