Adaptive responses of hemocyanin concentration to high temperature in a marine amphipod (Echinogammarus marinus)

Abstract

Den økende trusselen fra klimaendringer mot ektoterme dyr har styrket interessen for å forstå hvordan disse dyrene tilpasser seg en stigende temperatur. Fenotypisk plastisitet, en genotypes evne til å produsere ulike fenotyper som respons på endringer i miljøet, lar organismer opprettholde en stabil ytelse på tvers av varierende miljøforhold. Denne adaptive plastisiteten bidrar til å redusere effekten av klimaendringer på individets fitness. I denne studien analyserte jeg responsen til en amfipodeart i tidevannssonen, Echinogammarus marinus, eksponert for moderat høy temperatur (20°C) over ulike varigheter. For akvatiske ektoterme dyr skaper høyere temperaturer en rekke utfordringer, inkludert økt metabolisme og et redusert nivå av oppløst oksygen. Med bakgrunn i dette, var hovedfokuset i denne studien på hvordan konsentrasjonen av hemocyanin, et oksygenbindende molekyl, ble justert som en del av tilpasningsprosessen. Resultatene viste en signifikant stigning i konsentrasjonen av hemocyanin (37.3%) ved en temperaturøkning på 10°C. Dette indikerer en adaptiv fysiologisk endring i E. marinus, tilpasset for å håndtere akutte endringer i temperatur og redusert oksygennivå. Det ser ut til at oppreguleringen av hemocyanin bidrar til opprettholdelse av aktivitet og respirasjon ved moderate temperaturøkninger. Hastigheten av plastisiteten er et mål på hvor raskt fenotypen justeres som respons på endringen i miljøet, og ble estimert til 0.00478 h-1 for reguleringen av hemocyanin. Denne hastigheten var betydelig langsommere enn plastisiteten i termal toleranse, evnen til å overleve ekstremt høye temperaturer, som ble estimert til 0.02772 h-1 av en annen studie. Differansen i hastigheten mellom disse plastiske endringene tyder på at det ikke er oppreguleringen av hemocyanin som er ansvarlig for den økte toleransen til ekstreme temperaturer under akklimering. Dermed fremstår ikke oksygenbegrensning som årsaken til dødelighet av E. marinus eksponert for slike temperaturer.

The escalating threat of climate change to ectothermic animals has intensified interest in understanding how they adapt to rising temperatures. Phenotypic plasticity, the ability of a specific genotype to generate multiple phenotypes in response to environmental changes, allows organisms to maintain consistent performance across varying environmental conditions. This adaptive plasticity helps mitigate the fitness impact of climate change. In the current study I investigated the response of an intertidal amphipod species, Echinogammarus marinus, exposed to moderately high temperature (20°C) over different durations. Higher temperature poses challenges for aquatic ectotherms, including increased metabolism and reduced dissolved oxygen levels. Therefore, my main focus was on how the concentration of hemocyanin, an oxygen-binding molecule, adjusted as part of the adaptation process. The findings showed a significant upregulation of hemocyanin concentration (by 37.3%) at an elevated temperature of 10°C, indicating adaptive physiological changes in E. marinus to cope with sudden temperature increases and reduced oxygen levels. The upregulation of hemocyanin appears to play a role in supporting activity and respiration at sub-lethal temperatures. The rate of plasticity, or the speed at which phenotypes adjust in response to environmental changes, was estimated to 0.00478 h-1 for hemocyanin regulation. This rate was significantly slower than the plasticity rate for thermal tolerance, which refers to the ability to survive extreme high temperatures, estimated to 0.02772 h-1 in a separate study. This mismatch indicates that the plasticity in oxygen-binding capacity, specifically the upregulation of hemocyanin, is not responsible for the increased tolerance to extreme temperatures during acclimation. Furthermore, the cause of mortality in E. marinus exposed to such temperatures does not seem to be induced by oxygen deficiency.