Development of an automated annular arena and thermal preference of zebrafish selected for thermal tolerance

Abstract

Gjennom åtferdsbasert temperaturregulering kan ektoterme dyr regulera kroppstemperaturen ved å velje habitatområder med ulike temperaturar. Dette er livsviktig for akvatiske ektotermer som blir utsett for aukande vasstemperaturar samt ei auke i omfanget og frekvensen av hetebølgjer med klimaendringane. Akutt varmeeksponering kan medføra seleksjon for høg temperaturtoleranse og slik seleksjon kan ha indirekte effektar på andre trekk. For å kunne føreseie korleis organismar vil tilpasse seg miljøendringar er det difor viktig å forske på potensielt korrelerte trekk. I dette studiet har vi testa om seleksjon for temperaturtoleranse har ført til endra preferanse for temperaturar hos sebrafisk. Ein populasjon av villfanga fisk har blitt selektert for øvre temperaturtoleranse i tre dupliserte linjer: ei er selektert for auka toleranse (High), den andre får lågare toleranse (Low), og den tredje er ei kontrollinje med tilfeldig vald temperaturtoleranse (Random). Preferansen for temperaturar vart målt for den fjerde generasjonen av desse selekterte linjene i eit spesialbygd ringkammer kor individa vart testa i ein jamn temperaturgradient mellom 22 og 35 °C. I tillegg vart den øvre kritiske temperaturgrensa målt for alle individa for å undersøkje korrelasjonen mellom temperaturtoleranse og -preferanse. Gjennom kontinuerleg videoopptak, temperaturlogging med 24 temperatursensorar og å spore posisjonen til fiskane med ein automatisert programvare, fekk vi data av høg oppløysing på kvart individ sitt temperaturval. Vi validerer at det presenterte oppsettet og metoden for datainnsamling eignar seg for forsking på temperaturpreferanse av små fisk som toler eit vidt spenn av temperaturar. Basert på funna har vi gjett anbefalingar for vidare forsking med ringkammer. Det vart ikkje funne ulik temperaturpreferanse (medianen av temperaturane fisken oppheldt seg i) eller spreiing på temperaturpreferanse (kvartilbredda av temperaturane fisken oppheldt seg i). Likevel fann vi indikasjonar på at preferansetemperaturane i Low-linja kunne ha ei større spreiing. Funna er ikkje einstydande angåande om det er ein korrelasjon mellom akutt toleranse og åtferdsbasert temperaturregulering.

Behavioural thermoregulation allows ectotherms to control body temperature by choosing habitat temperatures. This is an essential survival strategy for aquatic ectotherms as they are challenged by both increasing water temperatures and stochastic heating events from climate change. Acute heat stress can be a strong selective force, and adaptation to warming may indirectly affect traits correlated to acute thermal tolerance. To predict how organisms will adapt to environmental change, research on correlated traits is crucial. In this study we tested whether selection for thermal tolerance led to differences in the thermal preference of zebrafish. A population of wild-caught zebrafish has been selected for upper thermal tolerance in three treatments, each kept in two replicate lines: one treatment is selected for increased tolerance (High), the second is selected for decreased tolerance (Low) and the third is a control treatment of randomly selected thermal tolerance (Random). Thermal preference of the fourth generation of these selected treatments were measured in a custom-built annular arena where individuals were tested in an even thermal gradient from 22 to 35°C. In addition, critical thermal maximum was measured for all individuals to correlate individual measures of thermal tolerance and preference. Through continuous recording of video, logging of temperature using 24 thermal sensors, and tracking the position of the fish with an automated tracking software, we achieved high-resolution data of individual temperature choices. We validate that the presented setup and method for data collection is suitable for research on thermal preference of a small eurythermal species. Based on our findings we present recommendations for future research using annular arenas. No difference in thermal preference (median occupied temperature) or range of thermal preference (interquartile range of occupied temperatures) was found between the treatments. There were, however, indications of a wider range of preferred temperatures for the Low treatment. The findings are currently inconclusive regarding whether correlations exist between these disparate traits within thermal biology (acute physiological tolerance and behavioural thermoregulation).