文摘
气候变化是扣人心弦的我们的地球。新闻标题宣告暖冬和炎热的夏天,这些变化是影响地球的生物多样性。有没有想过气候变化导致物种灭绝?这是一个重要的、持续的研究问题,因为了解热影响生物体可以帮助我们预测物种如何应对全球变暖,给我们的知识我们需要帮助脆弱的生物。昆虫酿蜜,农作物授粉,控制害虫,回收废物到营养。尽管众多,经常帮助人类,昆虫,和气候变化对他们的影响,往往被忽视。由于气候变化,热浪越来越普遍和激烈。在本文中,我们探索的影响甲虫物种在实验室模拟的热浪。继续阅读了解热浪可能导致伤害,持续几代人,可能导致灭绝。
气候变化:移动、适应或者死亡
气候变化是逐渐提高我们星球的温度。这种变暖增加了强度、长度和频率不寻常的和极端的天气模式。热浪是一种危险的极端天气事件。热浪可以被定义为连续5天气温5°C温度比历史平均水平。在未来,热浪将更加普遍和激烈。应对热浪,人和动物必须改变他们的生活方式。如果他们不这样做,物种可能会面临严重的后果,包括压力甚至灭绝。
几十年来,随着地球变暖,我们看到自然应对高温的压力。一些物种已经改变了他们住的地方,当他们繁殖,而另一些人改变了他们的生活方式(图1)[1]。例如,一些鸟类繁殖在今年早些时候当天气是温和的。植物和动物已经进一步山上或向两极移动,寻找寒冷地区。许多昆虫都变得更小、更轻的颜色以应对更高的温度。但是,如果气候变暖太大或发生太快,物种灭绝的危险。一些生物,像珊瑚,是非常脆弱的,因为他们是缓慢的增长和移动。其他人,像北极熊,栖息地减少,无处可去。已经来不及挽救一些物种,如金蟾蜍,由于气候变化而灭绝。
- 图1——气候变化会影响物种以多种方式。
- 检查标志说明科学研究发现不同的负面影响在不同的动物群体。科学家们仍在研究物种对气候变化的响应,所以这个表可能会继续改变随着时间的推移我们学习更多的知识。
气候变化导致灭绝如何?
人类面临巨大的改变地球的气候由于气候变化,包括干旱、洪水、和不寻常的降雨量;和灭绝由于气候变化已经发生。2013年,科学家们意识到,很少研究气候变化(只有1 20)调查如何气候变化导致物种灭绝(2]。学习气候变化如何影响地球上的物种将帮助我们预测在未来这些物种将如何应对。这方面的知识也将帮助我们集中我们的努力帮助脆弱的生命形式,它们的栖息地变化。
我们的研究的想法来自一些研究报道,短和不自然的热冲击损坏的男性人类和家畜繁殖。我们认为,气温上升,男性生殖可能负面影响。为了验证这个假设,我们接触一个昆虫在实验室模拟的热浪。我们研究是否损害生殖发生热暴露后,一定时间后,能否修好。
为什么研究昆虫?
尽管现有的大量和占一半的物种,昆虫是经常被忽视。许多昆虫对我们是有帮助的;他们授粉作物,生产肥料,使食物如蜂蜜。地球的健康也非常重要,因为他们是更大的动物,它们的食物有助于控制某些害虫。昆虫是“冷血”,所以他们需要外部温暖活跃。然而,过多的热量可能是有害的。这使得某些昆虫好的模型动物用于实验探索热浪的影响。希望我们这样的实验室研究结果可以帮助保护脆弱的生命形式和生物多样性的生态系统。
给男性带来的热量
几年前,红色面粉甲虫(种有害castaneum)在野外被抓。这些甲虫可以生长在盘子装满了面粉,酵母,和燕麦。在30°C,它需要一个月为一个鸡蛋发展成一个肥沃的成人。成年人每个月交配,后代形成新一代。这使人口数量的健康。
探索热浪的影响,男性和女性在茧中分离阶段,以确保他们不能交配。本研究观察雄性,保持在正常30°C或5天,42°C“热浪”。我们选择42°C,因为这是夏天的热浪温度在90多个国家。后来,激烈的生存,没有暖气的男性相比。每个幸存者都配上一个没有暖气的女性,一个伴侣的机会。交配行为的成功记录,雄性甲虫是他们的生殖器官解剖和精子可以用显微镜检查。交配后,雌被隔离在面粉,直到他们产生后代,然后统计。我们看热浪对后代的健康和寿命的影响,和男性后代的生育能力。产生的后代数量和质量对成功很重要。
男性生殖不能忍受热
我们发现,热浪损害男性生殖的各个方面(图2)。首先,我们看到,男性受到热浪更糟糕的交配行为,不太可能慢启动和完成它。热暴露也缩小男性的睾丸,有限大小的精子创造。加热雄性创建低75%比常温雄性的精子,精子产生的半死了!男性精子包转移到女性加热后,只有一半的精子数量存储在她,相比从常温男性包。
- 图2 -热浪可以影响一系列的特征在雄性昆虫,这取决于人生阶段暴露出来。
- 热浪最致命的甲虫在鸡蛋或茧阶段。激烈的成年男性损害他们的睾丸,精子数量、精子质量。这减少男性卵子受精的能力,生产的数量和健康的后代。影响甚至在grand-offspring生产!伤害的严重性显示图标数量减少的数量或大小。灰色酒吧显示生命阶段的特征是不实际的(光),或可能的(黑暗)来衡量。
雌性交配的男性少了鸡蛋,鸡蛋,他们生产的一半可能孵化。也许从激烈的男性精子无法受精鸡蛋,或者热损坏的基因和导致胚胎停止增长,或两者兼而有之。经历有关,热浪成年甲虫造成长期损害的健康没有暖气的后代(3]!平均而言,没有暖气的面粉甲虫生活一年左右,但后代从激烈的父亲去世8周前!男性后代交配父亲加热速度慢,不太可能使雌性受精,创建更少通过成功交配的后代。
昆虫生命阶段!
上述结果都从加热成年甲虫。然而,昆虫有一种复杂的生命周期,巨大的变化发生在阶段;例如,考虑毛毛虫变成了蝴蝶。我们想知道这些非常不同生命阶段可能会对热应激的反应不同。我们比较的反应鸡蛋,幼虫,蚕茧,年轻人,和成熟的成年人5天,42°C热浪。
我们发现,热浪杀死了所有鸡蛋和蚕茧,显示这些是最脆弱的生命阶段。热会影响敏感的发育变化发生在这些阶段。最成熟的成年人幸存下来的热浪,可能由于厚壳。幸存的雄性幼虫、年轻人和成熟的成年人被给定的雌性交配。正如所料,加热成熟的人创造了一半的后代。有趣的是,加热消毒的年轻人(使他们完全不能产生后代),虽然它没有伤害幼虫的繁殖!这种模式可能与精子生产。年轻的精子可以耐热,中年精子可能非常脆弱,老精子能够在两个之间。
昆虫繁殖应对全球变暖吗?
我们的结果表明,热浪导致惊人的伤害昆虫,尤其是对男性的生殖功能成熟的生命阶段。我们想知道甲虫能否适应通过增加他们的防御热浪。所以,我们测试是否激烈的男性更能抵抗一个热浪。压力会导致一个人的变化的过程,使其更耐压力叫做未来硬化。不幸的是,第二个热浪是偶数更多的破坏性的男性,这表明硬化并没有发生。
光明的一面,但是,我们发现热浪伤害不是永久性的。男性显示弹性,这意味着他们可以恢复以前的方式加热,可能通过流程细胞用在受伤后自我修复。我们测试了通过激烈的雄性与雌性交配后每5天一个热浪。一些雄性的生殖功能恢复到正常水平后15 - 25天的热浪(图3)。修复男性甚至可能被加热消毒,比如那些被加热或加热而他们年轻的两倍。其他实验表明,女性可以应对的风险与高温伤了雄性交配在变暖的世界4]。例如,女性更有可能与与高温伤了交配后的健康男性的雄性交配。
- 图3——男性的生殖功能甲虫热浪损伤后可以恢复。
- 恢复,最多25天的休息。(一)热浪可以将近一半的睾丸,但是他们可以恢复正常。(B)热浪可以暂时减少精子数量、精子生存不到一半的预期。(C)以前激烈的男性没有显示保护硬化时接触到第二个热浪;他们的后代产量仍然损坏。然而,无论是男性年龄或硬化状态影响雄性的后代的恢复生产。小点显示数据点,大点是平均水平。
对未来我们的发现是什么意思?
我们的实验表明,目前在自然高温可以杀死小昆虫,减少男性生殖,跨代持续造成破坏。我们发现损伤随温度升高和热浪。因为我们使用了甲虫物种在我们的研究中,我们的结果很可能是类似于在野外会发生什么。最近,研究发现,男性其他昆虫,像飞蛾一样,蜜蜂,苍蝇,也对热很敏感。此外,研究结合数据从多个研究发现温度的雄性昆虫是肥沃的(而不是他们能生存温度)是更好的预测这些物种居住5]!
随着全球变暖,热浪恶化,自然种群随时间将减少,因为更少的个人生存和繁殖。这就能解释一些当地物种灭绝,已经目睹了。重要的是,昆虫的脆弱性食物链引发连锁反应,因为通常吃昆虫的鸟类和动物会饿死在缺乏昆虫种群。虽然这昆虫和生物多样性损失,仍有希望,因为它似乎生命形式可以恢复和适应热。人类可以帮助保护他们的栖息地,让他们进入凉爽的地区,并尽力限制气候变化。
术语表
热浪:↑一个极端天气事件的气温比预期更热。热浪越来越普遍和热,因为气候变化。
人生阶段:↑一个生命阶段的一部分是一个复杂的生命周期。例如,甲虫增长大幅改变从卵细胞(卵)幼虫(蛆),然后蛹(茧),其次是成虫(成年人)。
硬化:↑的过程,压力会导致个体的变化,保护个人免受未来的压力。
弹性:↑个人的能力来修复损伤造成的压力,如果有足够的恢复时间。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
确认
这项研究是支持在英国自然环境研究委员会(NERC)项目资助(NE / K013041/1)和NERC EnvEast DTP奖学金(奖励裁判:1540234)。我们把这篇文章献给教授马修·j·g·计开始和监督这项研究,现在仍在他的记忆里。
原始的文章
↑销售,K。Vasudeva, R。计,M.J.G. 2021。生育率和死亡率影响的热应力实验热浪在不同的生命阶段,他们的复苏模型昆虫。r . Soc。开放的科学。8:201717。doi: 10.1098 / rsos.201717
引用
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[2]↑卡希尔,a E。、Aiello-Lammens m E。Fisher-Reid, c . M。华,X。、Karanewsky c J。Yeong Ryu, H。,等。2013。气候变化导致灭绝如何?Proc, Sci杂志。280:20121890。doi: 10.1098 / rspb.2012.1890
[3]↑销售,K。Vasudeva, R。迪金森,m E。古德温,j·L。广告看板,a·J。、MichalczykŁ。,等。2018。热浪损害精子功能和导致昆虫模型继代体能下降。Commun Nat。9:4771。doi: 10.1038 / s41467 - 018 - 07273 - z
[4]↑Vasudeva, R。迪金森,M。鲍威尔,S。萨特,。、销售、K。计,m·j·g . 2021。一妻多夫制保护女性免受heatwave-induced男性不育。动画。Behav。178:37-48。doi: 10.1016 / j.anbehav.2021.05.016
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