Is the rate and capacity of phenotypic plasticity limited by energy availability?
Abstract
Med klimaendringer som overgår tidsrammen til evolusjonære mekanismer, kan evnen til å tilpasse seg gjennom fenotypisk plastisitet være viktigere enn noen gang. Disse fenotypiske endringene innenfor en organismes livstid, også kjent som akklimering, endrer uttrykket av eksisterende trekk i respons til et endret miljø, uten underliggende genetisk evolusjon. Disse plastiske responsene kan imidlertid bli begrenset av energetiske kostnader, som potensielt påvirker både omfanget til den plastiske responsen (for eksempel kapasitet), og hvor raskt den kan oppnås (for eksempel rate). En ofte diskutert kostnad ved fenotypisk plastisitet er energien som kreves for å opprettholde maskineriet for fenotypisk plastisitet, en fast kostnad betal av alle plastiske organismer. Energien som kreves for å indusere plastisitet betinget i respons til et endret miljø er imidlertid ofte oversett. For å øke kunnskapen rundt dette lite studerte aspektet ved fenotypisk plastisitet har jeg studert effekten av energitilgang under akklimering på raten og kapasiteten av plastisitet til både salinitet og temperatur. Dette har blitt gjort ved å akklimere amfipoden Echinogammarus marinus til lavere saliniteter og høyere temperaturer i ulik lengde, i parallell med og uten fôr. For å gi ulik tid for akklimering ble E. marinus flyttet fra 10°C til 20°C, eller fra 15‰ til 2‰ på ulike tidspunkt. Overlevelsestid ble så målt i en dødelig høy temperatur (30°C) for temperatur-eksperimentet, og i en dødelig lav salinitet (ferskvann) for salinitet-eksperimentet.Jeg fant ingen signifikant effekt av akklimerings-tid til lavere salinitet eller av fôrings-regime på ferskvannstoleranse i E. marinus. Jeg fant imidlertid en signifikant interaksjon mellom akklimerings-tid til varmere temperatur og fôrings-regime på overlevelsen til E. marinus i 30°C. Både den absolutte raten og kapasiteten av fenotypisk plastisitet for varmere temperaturer ble funnet å være høyere for behandlingen med fôr. Disse resultatene har gitt verdifull innsikt til den energetiske kostnaden assosiert med akklimering og kan gi verdifull informasjon knyttet til prioritets-regler for energifordeling. With climate change exceeding the timeframe of evolutionary mechanisms, the ability to adapt through phenotypic plasticity might be more important now than ever. These phenotypic, within-lifetime changes, also known as acclimation, alter the expression of preexisting traits in response to climatic cues, without underlying genetic evolution. However, these plastic responses may be constrained by energetic costs, potentially affecting both the magnitude of the plastic response (i.e. capacity) as well as how quickly it can be achieved (i.e. rate). A commonly discussed cost of phenotypic plasticity is the energy required for maintaining the machinery for phenotypic plasticity, a fixed cost paid by all plastic organisms. However, the energy required to induce plasticity conditionally in response to a changing environment is often overlooked.To gain further knowledge on this little studied aspect of phenotypic plasticity, I have studied the effect of energy availability during acclimation on the rate and capacity of plasticity to both salinity and temperature. I acclimated the amphipod Echinogammarus marinus in sub-lethal salinity and temperature for different durations, in parallel with and without food. To provide different times of acclimation, specimens were moved from 10°C to 20°C, or from 15‰ to 2‰, at different times. Survival time was then measured at a lethal high temperature (30°C) for the temperature experiment, and at a lethal low salinity (freshwater) for the salinity experiment.I found no significant effect of acclimation time to lower salinity nor of feeding regime on freshwater tolerance of E. marinus. However, I revealed a significant interaction between acclimation time to a warmer temperature and feeding regime on the survival of E. marinus at 30°C. Both the absolute rate and the capacity of phenotypic plasticity towards warmer temperature was found to be higher for the fed treatment. These results have given valuable insight into the energetic cost associated with acclimation and may provide valuable information regarding priority rules for energy allocation.