Variation in basal metabolic rate within bats of the family Vespertilionidae

Abstract

Mange fysiologiske variabler, slik som metabolsk rate, varierer med klima og breddegrad. Det finnes imildertid lite informasjon om termoregulering i flaggermus ved høye breddegrader. Derfor undersøkte jeg de termoregulerende responsene til en populasjon med skjeggflaggermus (Myotis mystacinus) fra Glattnesefamilien nær denne artens nordre distribusjonsgrense. Oksygenopptaksraten (VO2) økte med synkende omgivelsestemperatur (Ta) under en temperaturgrense (TLC) på rundt 33.1°C, en TLC som er i samme område som for andre flaggermus. Termisk konduktivitet var lav sammenlignet med andre pattedyr, noe som indikerte at effektive mekanismer for varmeisolasjon har blitt utviklet. Et stort omfang av kuldeindusert metabolsk rate ble funnet vet 12°C, som kan bety at andre varmeproduserende eller energisparende mekanismer enn skjelving må finne sted ved temperaturer under dette, som for eksempel aktivitet eller torpor. Det ble målt en basal metabolsk rate (BMR) på 1.48 mL O2 g-1 h-1, som var 99% av det som var forventet for en glattneseflaggermus som veier 4.4 g, og 64% av det som var forventet for et pattedyr som veier 4.4 g.

En lav BMR assosieres ofte med varme omgivelsestemperaturer, mens pattedyr som lever i kaldere omgivelser ofte har høye energikostnader som fører til en økning i BMR. Dette er mest tydelig i små pattedyr, slik som flaggermus, på grunn av deres høye volum-overflateforhold og dermed store varmetap, høy massespesifikk BMR og av den grunn store energikostnader. Flaggermus lever i ulike typer klima, alt fra tropiske til tempererte strøk, og variasjoner i omgivelsestemperatur kan dermed påvirke BMR hos flaggermus fra forskjellige områder. I denne studien utførte jeg en komparativ analyse for å forstå hvordan BMR varierer i glattneseflaggermus fra ulike klima. Min hypotese var at BMR ville være forskjellig mellom artene, og jeg antok at BMR ville være høyere i klima med kalde gjennomsnittstemperaturer sammenlignet med varmere klilma. Fra et systematisk litteratursøk hentet jeg mål på BMR (N = 47) fra 21 arter i Glattnesefamilien, som også inkluderte mine egne metabolske målinger av M. mystacinus i Norge. Det ble funnet en nedgang i gjennomsnittlig omgivelsestemperatur med økende breddegrad, men jeg fant ingen effekt av verken breddegrad eller omgivelsestempratur på BMR. Det er derfor fortsatt uvisst hvordan disse flaggermusene har tilpasset seg å leve i kalde omgivelser langt nord. I stedet for å regulere BMR, er det mulig at de uttrykker en hyppigere bruk av temporær heterotermi.

Many physiological traits, such as metabolic rate, are thought to vary with climate and latitude. However, little information is available on the thermoregulation of bats at high latitudes. Therefore, I investigated the thermoregulatory strategies of whiskered bats (Myotis mystacinus) from the family Vespertilionidae close to this species' northern distribution range. The rate of oxygen consumption (VO) increased with decreasing ambient temperature (Ta), below a lower critical temperature (TLC) of around 33.1°C, a TLC which was in the range of that found for other bats. The thermal conductance was low compared to other mammals, which indicated that effective thermal insulation mechanisms have evolved. A high cold-induced metabolic scope was reached 12°C, revealing that other heat-producing or energy-saving mechanisms than shivering may need to be initiated at lower temperatures to avoid hypothermia, such as activity or the use of torpor. The basal metabolic rate (BMR) of M. mystacinus from a population in Norway at 60°N was 1.48 mL O2 g-1 h-1, which was 99% of what was predicted for a vespertilionid bat weighing 4.4 g, and 64% of what was predicted for a mammal weighing 4.4 g.

A low BMR is often associated with warm environmental temperatures, whereas mammals living in colder areas experience elevated thermoregulatory costs leading to an increase in BMR. This is especially apparent in small mammals, such as bats, due to their high surface area to volume ratio resulting in high rates of heat loss, high mass-specific BMR and therefore high energetic costs. Bats inhabit a variety of climate types, ranging from tropical to temperate zones, and the environmental temperature differences may influence BMR of bats from different populations. In the present study, I conducted a comparative analysis to investigate how BMR varies in vespertilionid bats living in different climates. I hypothesised that BMR would differ between species, predicting that BMR would be higher in climates with cold environmental temperatures compared to warmer climates. From a systematic literature search I obtained BMR estimates (N = 47) of 21 species within Vespertilionidae, which also included my own metabolic measurements of M. mystacinus in Norway. A decrease in mean environmental temperature was apparent with increasing latitude, but I found no effect of neither latitude nor environmental temperature on BMR. Hence, these data do not support the prediction that BMR increases with latitude and with decreasing environmental temperature in this particular group of bats. How these bats adapt metabolically to high latitude living is thus still an open question. One possible factor could be that instead of adjusting BMR, they could express a more frequent use of temporal heterothermy.