Published July 17, 2016
| Version v1
Publication
Open
The sea urchin <i>Lytechinus variegatus</i> lives close to the upper thermal limit for early development in a tropical lagoon
Creators
- 1. Smithsonian Tropical Research Institute
- 2. Hong Kong University of Science and Technology
- 3. University of Hong Kong
Description
Abstract Thermal tolerance shapes organisms' physiological performance and limits their biogeographic ranges. Tropical terrestrial organisms are thought to live very near their upper thermal tolerance limits, and such small thermal safety factors put them at risk from global warming. However, little is known about the thermal tolerances of tropical marine invertebrates, how they vary across different life stages, and how these limits relate to environmental conditions. We tested the tolerance to acute heat stress of five life stages of the tropical sea urchin Lytechinus variegatus collected in the Bahía Almirante, Bocas del Toro, Panama. We also investigated the impact of chronic heat stress on larval development. Fertilization, cleavage, morula development, and 4‐armed larvae tolerated 2‐h exposures to elevated temperatures between 28–32°C. Average critical temperatures ( LT 50 ) were lower for initiation of cleavage (33.5°C) and development to morula (32.5°C) than they were for fertilization (34.4°C) or for 4‐armed larvae (34.1°C). LT 50 was even higher (34.8°C) for adults exposed to similar acute thermal stress, suggesting that thermal limits measured for adults may not be directly applied to the whole life history. During chronic exposure, larvae had significantly lower survival and reduced growth when reared at temperatures above 30.5°C and did not survive chronic exposures at or above 32.3°C. Environmental monitoring at and near our collection site shows that L. variegatus may already experience temperatures at which larval growth and survival are reduced during the warmest months of the year. A published local climate model further suggests that such damaging warm temperatures will be reached throughout the Bahía Almirante by 2084. Our results highlight that tropical marine invertebrates likely have small thermal safety factors during some stages in their life cycles, and that shallow‐water populations are at particular risk of near future warming.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يشكل التسامح الحراري المجرد الأداء الفسيولوجي للكائنات الحية ويحد من نطاقاتها الجغرافية الحيوية. يُعتقد أن الكائنات الأرضية المدارية تعيش بالقرب من حدود تحملها الحراري العليا، وتعرضها عوامل السلامة الحرارية الصغيرة هذه لخطر الاحترار العالمي. ومع ذلك، لا يُعرف سوى القليل عن التفاوتات الحرارية للافقاريات البحرية الاستوائية، وكيف تختلف عبر مراحل الحياة المختلفة، وكيف ترتبط هذه الحدود بالظروف البيئية. اختبرنا تحمل الإجهاد الحراري الحاد لخمس مراحل حياة لقنفذ البحر الاستوائي Lytechinus variegatus الذي تم جمعه في Bahía Almirante، Bocas del Toro، بنما. كما حققنا في تأثير الإجهاد الحراري المزمن على تطور اليرقات. تسامح التسميد والانقسام وتطور المورولا واليرقات 4 المسلحة مع التعرض لمدةساعتين لدرجات حرارة مرتفعة تتراوح بين 28-32 درجة مئوية. كان متوسط درجات الحرارة الحرجة ( LT 50 ) أقل لبدء الانقسام (33.5 درجة مئوية) والتطور إلى مورولا (32.5 درجة مئوية) مما كان عليه بالنسبة للتسميد (34.4 درجة مئوية) أو لليرقات الأربعة المسلحة (34.1 درجة مئوية). كان LT 50 أعلى من ذلك (34.8 درجة مئوية) للبالغين المعرضين لإجهاد حراري حاد مماثل، مما يشير إلى أن الحدود الحرارية المقاسة للبالغين قد لا يتم تطبيقها مباشرة على تاريخ الحياة بأكمله. أثناء التعرض المزمن، كان لليرقات بقاء أقل بكثير ونمو أقل عند تربيتها في درجات حرارة أعلى من 30.5 درجة مئوية ولم تنج من التعرض المزمن عند أو أعلى من 32.3 درجة مئوية. تُظهر المراقبة البيئية في موقع التجميع الخاص بنا وبالقرب منه أن L. variegatus قد تشهد بالفعل درجات حرارة ينخفض عندها نمو اليرقات وبقائها خلال الأشهر الأكثر دفئًا من السنة. كما يشير نموذج المناخ المحلي المنشور إلى أنه سيتم الوصول إلى درجات الحرارة الدافئة الضارة هذه في جميع أنحاء باهيا ألميرانتي بحلول عام 2084. تسلط نتائجنا الضوء على أن اللافقاريات البحرية الاستوائية من المحتمل أن يكون لها عوامل أمان حرارية صغيرة خلال بعض المراحل من دورات حياتها، وأن سكان المياه الضحلة معرضون بشكل خاص لخطر الاحترار في المستقبل القريب.Translated Description (French)
Résumé La tolérance thermique façonne les performances physiologiques des organismes et limite leurs gammes biogéographiques. On pense que les organismes terrestres tropicaux vivent très près de leurs limites supérieures de tolérance thermique, et ces petits facteurs de sécurité thermique les mettent en danger du réchauffement climatique. Cependant, on sait peu de choses sur les tolérances thermiques des invertébrés marins tropicaux, sur la façon dont elles varient selon les différentes étapes de la vie et sur la façon dont ces limites sont liées aux conditions environnementales. Nous avons testé la tolérance au stress thermique aigu de cinq stades de vie de l'oursin tropical Lytechinus variegatus collecté dans la Bahía Almirante, Bocas del Toro, Panama. Nous avons également étudié l'impact du stress thermique chronique sur le développement larvaire. La fertilisation, le clivage, le développement de la morule et les larves armées à 4 ont toléré une exposition de 2 heures à des températures élevées comprises entre 28 et 32 °C. Les températures critiques moyennes ( LT 50 ) étaient plus faibles pour l'initiation du clivage (33,5 ° C) et le développement en morula (32,5 ° C) que pour la fécondation (34,4 °C) ou pour les larves armées (34,1 ° C). Le LT 50 était encore plus élevé (34,8 °C) chez les adultes exposés à un stress thermique aigu similaire, ce qui suggère que les limites thermiques mesurées pour les adultes peuvent ne pas être directement appliquées à l'ensemble du cycle de vie. Au cours d'une exposition chronique, les larves avaient une survie significativement plus faible et une croissance réduite lorsqu'elles étaient élevées à des températures supérieures à 30,5 °C et ne survivaient pas à des expositions chroniques supérieures ou égales à 32,3 °C. La surveillance environnementale à notre site de collecte et à proximité montre que L. variegatus peut déjà connaître des températures auxquelles la croissance et la survie des larves sont réduites pendant les mois les plus chauds de l'année. Un modèle climatique local publié suggère en outre que de telles températures chaudes dommageables seront atteintes dans toute la Bahía Almirante d'ici 2084. Nos résultats soulignent que les invertébrés marins tropicaux ont probablement de petits facteurs de sécurité thermique à certaines étapes de leur cycle de vie, et que les populations d'eau peu profonde sont particulièrement exposées au risque de réchauffement dans un avenir proche.Translated Description (Spanish)
Resumen La tolerancia térmica da forma al rendimiento fisiológico de los organismos y limita sus rangos biogeográficos. Se cree que los organismos terrestres tropicales viven muy cerca de sus límites superiores de tolerancia térmica, y estos pequeños factores de seguridad térmica los ponen en riesgo por el calentamiento global. Sin embargo, se sabe poco sobre las tolerancias térmicas de los invertebrados marinos tropicales, cómo varían en las diferentes etapas de la vida y cómo estos límites se relacionan con las condiciones ambientales. Probamos la tolerancia al estrés térmico agudo de cinco etapas de la vida del erizo de mar tropical Lytechinus variegatus recolectado en la Bahía Almirante, Bocas del Toro, Panamá. También investigamos el impacto del estrés térmico crónico en el desarrollo larvario. La fertilización, la escisión, el desarrollo de la mórula y las larvas de 4 brazos toleraron exposiciones de 2 horas a temperaturas elevadas entre 28-32 ° C. Las temperaturas críticas medias ( LT 50 ) fueron más bajas para el inicio de la escisión (33.5 ° C) y el desarrollo a la mórula (32.5 ° C) que para la fertilización (34.4 ° C) o para las larvas de 4 brazos (34.1 ° C). El LT 50 fue aún mayor (34.8 ° C) para adultos expuestos a estrés térmico agudo similar, lo que sugiere que los límites térmicos medidos para adultos pueden no aplicarse directamente a toda la historia de vida. Durante la exposición crónica, las larvas tuvieron una supervivencia significativamente menor y un crecimiento reducido cuando se criaron a temperaturas superiores a 30.5 ° C y no sobrevivieron a exposiciones crónicas a 32.3 ° C o más. El monitoreo ambiental en y cerca de nuestro sitio de recolección muestra que L. variegatus ya puede experimentar temperaturas a las que el crecimiento y la supervivencia de las larvas se reducen durante los meses más cálidos del año. Un modelo climático local publicado sugiere además que se alcanzarán temperaturas cálidas tan dañinas en toda la Bahía Almirante para 2084. Nuestros resultados destacan que los invertebrados marinos tropicales probablemente tienen pequeños factores de seguridad térmica durante algunas etapas de sus ciclos de vida, y que las poblaciones deaguas poco profundas corren un riesgo particular de calentamiento en el futuro cercano.Files
ece3.2317.pdf
Files
(16.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:4d40a927d734896fa673928e5ce72255
|
16.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يعيش قنفذ <i>البحر Lytechinus variegatus</i> بالقرب من الحد الحراري الأعلى للتطور المبكر في بحيرة استوائية
- Translated title (French)
- L'oursin <i>Lytechinus variegatus</i> vit près de la limite thermique supérieure pour un développement précoce dans un lagon tropical
- Translated title (Spanish)
- El erizo de mar <i>Lytechinus variegatus</i> vive cerca del límite térmico superior para el desarrollo temprano en una laguna tropical
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2475926948
- DOI
- 10.1002/ece3.2317
References
- https://openalex.org/W1554274577
- https://openalex.org/W1603519107
- https://openalex.org/W1966401838
- https://openalex.org/W1970733492
- https://openalex.org/W1973230729
- https://openalex.org/W1976841711
- https://openalex.org/W1977920287
- https://openalex.org/W1985682875
- https://openalex.org/W1990566727
- https://openalex.org/W1991622750
- https://openalex.org/W1992244678
- https://openalex.org/W1994644496
- https://openalex.org/W1994851455
- https://openalex.org/W2001006409
- https://openalex.org/W2001473456
- https://openalex.org/W2012091009
- https://openalex.org/W2014903749
- https://openalex.org/W2017075584
- https://openalex.org/W2018365640
- https://openalex.org/W2030182397
- https://openalex.org/W2032814361
- https://openalex.org/W2036661808
- https://openalex.org/W2037351220
- https://openalex.org/W2039789630
- https://openalex.org/W2040879618
- https://openalex.org/W2059477049
- https://openalex.org/W2060135383
- https://openalex.org/W2060493004
- https://openalex.org/W2086874536
- https://openalex.org/W2090834035
- https://openalex.org/W2099219853
- https://openalex.org/W2099699510
- https://openalex.org/W2107304880
- https://openalex.org/W2113777844
- https://openalex.org/W2120419632
- https://openalex.org/W2122365425
- https://openalex.org/W2125270554
- https://openalex.org/W2130278359
- https://openalex.org/W2135033159
- https://openalex.org/W2138647176
- https://openalex.org/W2153111174
- https://openalex.org/W2158365977
- https://openalex.org/W2161886188
- https://openalex.org/W2170704990
- https://openalex.org/W2259318849
- https://openalex.org/W2323676687
- https://openalex.org/W55457
- https://openalex.org/W613004188