Trait evolvability: effects of thermal plasticity and genetic correlations among traits

Abstract

Summary of thesis:

Trait evolvability: effects of thermal plasticity and genetic correlations among traits

Climate change and increasing average temperatures are a big challenge for many populations of plants and animals. To better understand the consequences of climate change, we need to understand the ability of populations to adapt to increasing temperatures. In this thesis, I conducted laboratory experiments to evaluate how the evolutionary potential of physiological and life history traits (traits related to survival, growth and reproduction) change with increasing temperature. I studied a population of the crustacean Daphnia magna. These animals are a representative of zooplankton that play a key role in freshwater systems like ponds and lakes, where they help keep the water clear of algae and serve as food for fish. The studied population is located in northern Norway, an area that is predicted to experience strong increases in temperature over the next 100 years. Overall, the evolutionary potential for most of the studied traits was somewhat lower than that of similar traits in other species, but still large enough for the population to likely have a chance of adapting to changes in the environment. More importantly, for most traits, the evolutionary potential was largest at the higher temperatures, temperatures they rarely experience in the wild. This shows that as the population is exposed to higher temperatures, which it likely will experience in the near future due to climate change, its potential to adapt to the changes increases. Although most traits showed this pattern, not all did. How well the population will be able to adapt will depend on the relative importance of each trait to the populations overall survivability, and how these traits correlate with each other. Ultimately, assuming that my findings also apply to other species, they indicate that evolutionary adaptations to higher temperatures may be a viable option for populations to survive the threat of climate change.

Sammendrag:

Klimaendringer og økende gjennomsnittlige temperaturer er en stor utfordring for mange populasjoner av planter og dyr. For å bedre forstå konsekvensene av klimaendringer, må vi forstå populasjoners evne til å tilpasse seg økende temperaturer. I denne avhandlingen utførte jeg eksperimenter i laboratoriet for å evaluere hvordan det evolusjonære potensialet til ulike fysiologiske og livshistorietrekk (trekk relatert til overlevelse, vekst og reproduksjon) endrer seg med økende temperatur. Jeg studerte en populasjon av krepsdyret kjempedafnie (Daphnia magna). Disse dyrene representerer dyreplankton, en gruppe organismer som spiller en nøkkelrolle i ferskvannssystemer som f.eks. dammer og innsjøer, der de holder vannet klart ved å spise alger og fungerer som mat for fisk. Populasjonen jeg studerte befinner seg i Nord-Norge, et område hvor det forventes store økninger i temperatur over de neste 100 årene. Totalt sett var det evolusjonære potensialet til de fleste trekk noe lavere enn hva som er vanlig for lignende trekk i andre arter, men fortsatt høyt nok til at populasjonen sannsynligvis vil ha en sjanse til å tilpasse seg endringer i miljøet. Med hensyn til temperatur, var det evolusjonære potensialet for de fleste trekk høyest ved høye temperaturer, temperaturer som populasjonen sjeldent opplever i naturen. Dette viser at når populasjonen er utsatt for høye temperaturer, noe den sannsynligvis vil oppleve i nærmeste fremtid pga. klimaendringer, øker populasjonens evne til å tilpasse seg disse endringene. Selv om dette gjaldt for de fleste trekk, gjaldt det ikke for alle trekk. Hvor bra en populasjon vil kunne tilpasse seg vil avhenge av den relative viktigheten av hvert trekk til populasjonens totale overlevelsesevne, og av hvordan disse trekkene er korrelert med hverandre. Hvis man antar at mine resultater også gjelder for andre arter, tyder de på at evolusjonære tilpassinger til høyere temperaturer kan være et godt alternativ for populasjoner som trues av klimaendringer.