Bez względu na powód zmian jest cieplej Jeden ze skutków zmian klimatu: zwiększenie prawdopodobieństwa wystąpienia zjawisk ekstremalnych -5.5 C -2.75 C +2.75 C +5.5 C IPCC, 2004 1
Tempo metabolizmu/ Utrata wody przez parowanie/ temperatura ciała 2013-01-21 Fale gorąca zabijają bardziej efektywnie niż inne katastrofy naturalne http://www.thedailygreen.com Zwierzęta endotermiczne (homeotermiczne) a temperatura otoczenia Temperatura ciała Tempo metabolizmu TNZ Utrata H 2 O (EWL) Temperatura otoczenia ( C) 2
Czy zwierzęta ewoluują w odpowiedzi na zmiany klimatu? zmienność + śmiertelność (lub przeżywalność) = ewolucja? wskutek zmian klimatu Paryż 2003: dobór w akcji? DOBÓR Temperatura dobowa 2003 Śmiertelność 2003 Peru 2012 4500 pelikanów; bezpośrednia przyczyna: brak pokarmu 3
2002: Ta > 42 C zabiła >3500 nietoperzy w dziewięciu koloniach Pteropus alecto Pteropus poliocephalus 2002: Ta > 42 C zabiła >3500 nietoperzy w dziewięciu koloniach Pteropus alecto Pteropus poliocephalus >10% <1% Młode: 23-49%, samice: 10-15%, samce: <3% 4
12-01-2002 Kolonie, w który obserwowano masowe śmierci Papużka falista, Melopsittacus undulatus 5
Carnarvon Styczeń 2009 http://scienceblogs.com/lifelines/2010/10/dr_dolittle_interviews_dr_blai.php 6
Styczeń 2009 http://cityparrots.org Mechanistyczny model odpowiedzi na zmiany środowiska; bierze po uwagę fizjologię, ekologię, biofizykę, klimat i interakcję pomiędzy tymi czynnikami EWL wzrasta gwałtownie i liniowo w temperaturach otoczenia >temperatura ciała 7
Parametry krzywej zależności pomiędzy temperaturą otoczenia a utratą wody przez parowanie Nachylenie = -0.495 log 10 mb + 1.153 Punkt przecięcia (Ta) = -2.29 log 10 mb + 40.38 Kolejny element: zmiany temperatury otoczenia w ciągu dnia Zmiany temperatury otoczenia w najgorętszy dzień roku (w latach 1990-1999) w Yuma, AZ 8
Kolejny element: zmiany temperatury otoczenia w ciągu dnia 2080, +~5.5 C Zmiany temperatury otoczenia w najgorętszy dzień roku (w latach 1990-1999) w Yuma, AZ Model dla dwóch lokalizacji: Yuma, AZ, pustynia Sonora Birdsville, AUS, pustynia Simpsona Yuma, AZ Projekcja modelu: 2080 9
Birdsville, Australia Yuma AZ, USA 2013-01-21 Utrata H 2 O przez parowanie konieczna do utrzymania bilansu cieplnego obecnie i w 2080 roku (wzrost T a o ~3.5 5.5 C) Zmiana względem dnia dzisiejszego Tolerancja utraty H 2 O=11% mb Tolerancja utraty H 2 O=22% mb Zmiana względem dnia dzisiejszego Czasowa granica tolerancji gorąca McKechnie A E, Wolf B O Biol. Lett. 2010;6:253-256 2010 by The Royal Society Small birds at Yuma AZ, USA, will be exposed to survival times less than 6 h much more frequently during mid-summer in the 2080s (black shade) compared with the 1990s (grey shade). 2010 by The Royal Society McKechnie A E, Wolf B O Biol. Lett. 2010;6:253-256 10
Czy zwierzęta ewoluują w odpowiedzi na zmiany klimatu? zmienność + śmiertelność (lub przeżywalność) = ewolucja? wskutek zmian klimatu DOBÓR TREE, 2011 Efekt działania doboru naturalnego na cechy związane z gospodarką energetyczną => zmiana masy ciała 11
Co na to dane empiryczne? Modraszka Bogatka Kapturka kos W Kalifornii: Wzrost masy ciała w odpowiedzi na wzrastającą zmienność pogody? 12
TREE, 2011 Efekt działania doboru naturalnego na cechy związane z gospodarką energetyczną => zmiana masy ciała Ale: dobór jest skuteczny tylko gdy działa odpowiednio szybko w odpowiedzi na zmianę środowiska dobre dla zwierząt o krótkim cyklu życiowym i względnie szybkiej historii życiowej dla ptaków i ssaków - nie najlepsze rozwiązanie Możliwe rozwiązanie: elastyczność fenotypowa Pigliucci, 2006 13
Tempo metabolizmu/ Utrata wody przez parowanie/ temperatura ciała 2013-01-21 Zwierzęta endotermiczne (homeotermiczne) a temperatura otoczenia Temperatura otoczenia ( C) Scholander et al. 1956 Dawson i Schmidt-Nielsen 1966 Tempo metabolizmu i utrata wody a temperatura otoczenia Powody zmienności: -Zmienność genetyczna (osobniki/populacje) -Zmienność fenotypowa: -masa ciała -osobowość (personality) -historia aklimacji - elastyczność fenotypowa 14
Elastyczność fenotypowa tempa metabolizmu i utraty H 2 O Skowron pustynny, Alaemon alaudipes Gołębiak białoskrzydły, Zenaida asiatica Tieleman i Williams 2000 McKechnie i Wolf 2004 Plastyczność rozwojowa i elastyczność fenotypowa EWL u gryzoni pustynnych Czy zmiany fenotypowe są na tyle szybkie by zapewnić utrzymanie dostosowania? 15
Plastyczność rozwojowa i elastyczność fenotypowa EWL u gryzoni pustynnych Czy zmiany fenotypowe są na tyle szybkie by zapewnić utrzymanie dostosowania? Koncepcja modelu niszy ekologicznej: funkcja określająca dostosowanie genotypu w ciągłym spektrum zmiennych środowiskowych Model zakłada niezmienną powierzchnię po krzywą niszy. Angilletta M J, Sears M W Integr. Comp. Biol. 2011;51:653-661 The Author 2011. Published by Oxford University Press on behalf of the Society for Integrative and Comparative Biology. All rights reserved. For permissions please email: journals.permissions@oup.com. 16
Który fenotyp będzie miał większe dostosowanie? Specjalista temperaturowy, czy generalista? Generalista toleruje niskie temperatury Generalista toleruje niskie i wysokie temperatury 17
Δ cechy potomstwa Wartość cechy (T b, MR, EWL) 2013-01-21 Specjaliści i generaliści, albo sztywni i elastyczni Kto ma wyższe dostosowanie w obliczu zmian klimatu? W kategoriach elastyczności Specjalista Δ cechy Generalista Δ cechy Angilletta et al. 2010 Środowisko (ΔT) Jeśli elastyczność fenotypowa energetyki jest korzystna, to czy jest odziedziczalna, czy podlega doborowi??? Δ cechy rodziców 18