L’aumento della temperatura della pupa ha effetti reversibili sulle prestazioni termiche ed effetti irreversibili sul sistema immunitario e sulla fecondità nelle coccinelle adulte

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 838 (2023) Citare questo articolo

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Le condizioni ambientali che un organismo incontra durante lo sviluppo variano nel loro impatto duraturo sui fenotipi adulti. Nel contesto del cambiamento climatico in corso, è particolarmente rilevante capire in che modo le elevate temperature di sviluppo possono influire sui tratti degli adulti e se questi effetti persistono o diminuiscono durante l’età adulta. Qui, abbiamo valutato gli effetti della temperatura della pupa (17 °C – temperatura normale, 26 °C – temperatura aumentata o 35 °C – ondata di caldo) sulla tolleranza allo stress termico di Harmonia axyridis adulta, sulla funzione immunitaria, sulla resistenza alla fame e sulla fecondità. La temperatura durante la pupa ha influenzato significativamente tutti i tratti studiati negli adulti freschi. L’acclimatazione al calore ha ridotto la concentrazione di emociti adulti, la tolleranza al freddo e la produzione totale di uova e ha avuto un effetto positivo sulla tolleranza al calore e sulla resistenza alla fame. Gli effetti negativi dell’acclimatazione al caldo sulla tolleranza al freddo sono diminuiti dopo sette giorni. Al contrario, l’acclimatazione al calore ha avuto un effetto positivo duraturo sulla tolleranza al calore degli adulti. I nostri risultati forniscono un'ampia valutazione degli effetti dell'acclimatazione termica dello sviluppo sui fenotipi adulti di H. axyridis. La plasticità relativa di diversi tratti adulti dopo l’acclimatazione termica potrebbe essere consequenziale per la futura distribuzione geografica e le prestazioni locali di varie specie di insetti.

Le prestazioni, la sopravvivenza e la forma fisica degli ectotermi sono fortemente influenzate dalle variazioni stagionali e annuali della temperatura1,2. Ciò è particolarmente importante considerando la crescente variabilità del clima globale e regionale e la maggiore frequenza di eventi meteorologici estremi (ad esempio, ondate di caldo e siccità) causati dai cambiamenti climatici in corso3. È imperativo descrivere le conseguenze di questi cambiamenti nelle condizioni abiotiche sulle prestazioni degli organismi a livello di specie per preservare e proteggere efficacemente la biodiversità negli ecosistemi agricoli e naturali4. Gli animali rispondono ai cambiamenti ambientali attraverso due linee temporali. Attraverso le generazioni, la selezione può agire sui tratti ereditari, che possono aumentare la forma fisica di individui selezionati che sperimentano cambiamenti ambientali5. Nell'arco delle generazioni, il fenotipo di un individuo dipende dall'interazione tra il suo genotipo e le condizioni ambientali a cui è esposto6,7. Pertanto, i tratti degli animali dipendono parzialmente dalle precedenti esposizioni alle condizioni termiche8,9. Quando si considera l'ambiente termico, l'acclimatazione termica si riferisce a un cambiamento fenotipico in risposta all'esposizione a lungo termine a una condizione termica (da giorni a mesi; riassunto in10).

Negli insetti, una risposta di acclimatazione termica può dipendere dai tempi dell'esposizione poiché diversi stadi di sviluppo hanno diverse capacità di acclimatazione termica11,12. L'acclimatazione termica nell'adulto sembra essere più facilmente reversibile rispetto all'acclimatazione durante lo sviluppo giovanile13,14. Per questo motivo, l'acclimatazione termica durante le fasi giovanili (acclimatazione dello sviluppo) è spesso considerata irreversibile (vedi 15,16). Tuttavia, mentre i cambiamenti morfologici causati dall’acclimatazione termica dello sviluppo sono probabilmente irreversibili14, i cambiamenti fisiologici e comportamentali rimangono relativamente plastici17. Ad esempio, i limiti termici della Drosophila melanogaster adulta sono influenzati dall'ambiente termico vissuto come larve e questo effetto può essere invertito dopo l'eclosione con l'acclimatazione termica dell'adulto17. Degut et al.13 hanno dimostrato che la temperatura di sviluppo influenza in modo irreversibile la morfologia della Pieris napi adulta (massa corporea, forma delle ali e dimensioni), che può determinare l'impatto della temperatura di sviluppo sui tratti comportamentali e fisiologici dell'adulto come la distanza di volo, la resistenza al volo, e capacità riproduttiva. Se altri tratti adulti apparentemente non correlati, come la funzione immunitaria e la resistenza alla fame, rimangano plastici dopo l’acclimatazione termica dello sviluppo, e come tali tratti possano interagire o correlarsi nella loro risposta rimane in gran parte poco chiaro.