Klimatförändringar: Effekt på spermier kan hålla nyckeln till artutrotning

Anonim

Sedan 1980-talet har alltmer frekventa och intensiva värmeböljor bidragit till fler dödsfall än någon annan extrem väderlek. Fingeravtryck av extrema händelser och klimatförändringar är utbredd i naturen, där befolkningen visar stressresponser.

Ett vanligt fingeravtryck av en varmare värld är ett växlingsskifte, där fördelningen av en art flyttas till högre höjder eller migrerar mot polerna. En genomgång av flera hundra studier hittade en genomsnittlig skift på 17 km poleward och 11 meter upslope, var tionde år. Om emellertid temperaturförändringar är för intensiva eller blyarter till geografiska döda ändamål, uppträder lokala utrotningar i värmen.

År 2003 visade 80% av relevanta studier att fingeravtryck ses bland arter, från gräs till träd och blötdjur till däggdjur. Några migrerade, någon förändrad färg, vissa förändrade sina kroppar och vissa skiftade sina livscykel-tidpunkter. En ny recension av mer än 100 studier visar att 8-50% av alla arter kommer att hotas av klimatförändringen som ett resultat.

Höga temperaturer och utrotningar

För närvarande har vi en störande begränsad kunskap om vilka biologiska egenskaper som är känsliga för klimatförändringen och därför ansvarar för lokala utrotningar. En potentiell kandidat är dock manlig reproduktion, eftersom en rad medicinska och jordbruksstudier i varmblodiga djur har visat att manlig infertilitet sker under värmespänning.

Men tills nyligen hade det sällan varit utforskat utanför fruktflugor i kallblodiga djur. Detta trots att ektoterma - organismer som är beroende av värme i sin miljö för att upprätthålla en lämplig kroppstemperatur - består mest av biodiversiteten. Förvånansvärt anses nästan 25% av alla arter vara en skalbagge.

Den röda mjölbaggen (Tribolium castaneum) är en användbar ektoterm för stora reproduktionsexperiment, eftersom de kan gå från ägg till vuxen i en månad vid 30 ° C. Kvinnor kan lagra manliga spermier i specialiserade organ som kallas spermatheca och de behöver bara hålla 4% av ett enda ejakulat för att de ska kunna producera avkommor i upp till 150 dagar.

För att se på effekterna av värmeböljor vid reproduktion, var bägarna utsatta för antingen standardstyrningsförhållanden eller fem dagars värmeböljetemperaturer, som var 5 ° C till 7 ° C över deras föredragna temperatur. Därefter parades bägare och en rad olika försök letade efter skador på deras reproduktiva framgång, spermier och funktion och avkommans kvalitet.

Vi fann att 42 ° C värmevågstemperaturer halverade antalet avkommor som män skulle kunna producera i förhållande till 30 ° C, medan vissa män som inte producerar någon och mogen sperma i kvinnlig lagring också upplever skador från värmeböljor. Den reproduktiva effekten av par där endast kvinnorna varade en fem dagars värmeböljnings händelse var likartade vid alla temperaturer.

Minskningen berodde troligen på att en kombination av män blir sämre vid parning, mindre spermier överförs, mindre spermier överförs levande, mindre spermier hålls i kvinnornas spermatekka och mer spermier är skadade och infertila.

Två resultat gällde särskilt. Dessa skalbaggar och många kallblodiga djur kan leva i flera år och kommer sannolikt att se flera värmeböljor. När vi exponerade män till två värmebölja händelser, tio dagar ifrån varandra, var deras avkommande produktion mindre än 1% av de ouppvärmda männen.


Läs mer: Wildlife vinnare och förlorare i Storbritanniens sommarvärmebølge


Detta föreslår att successiva värmeböljor kan förena skadorna från tidigare. Skador på avkomma livslängd och manlig fertilitet var en annan effekt som var sammansatt över flera generationer och kan leda till en spirande befolkningsminskning.

Att veta vilka aspekter av biologi högre temperaturer kan kompromissa är viktigt för att förstå hur klimatförändringar påverkar naturen. Förhoppningsvis kan den nya kunskapen förutsäga vilka arter som mest sannolikt kommer att vara sårbara, vilket gör det möjligt för naturvårdare att förbereda sig för de problem som kommer framåt.