번데기 온도의 증가는 열 성능에 가역적인 영향을 미치고 성체 무당벌레의 면역체계와 번식력에 비가역적인 영향을 미칩니다

커뮤니케이션 생물학 6권, 기사 번호: 838(2023) 이 기사 인용

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유기체가 발달하는 동안 직면하는 환경 조건은 성체 표현형에 지속적인 영향을 미치므로 다양합니다. 지속적인 기후 변화의 맥락에서 높은 발달 온도가 성체 특성에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지, 그리고 이러한 영향이 성년기 동안 지속되거나 감소하는지 이해하는 것이 특히 중요합니다. 여기에서는 번데기 온도(17°C – 정상 온도, 26°C – 증가된 온도 또는 35°C – 폭염)가 성체 Harmonia axyridis 열 스트레스 내성, 면역 기능, 기아 저항성 및 번식력에 미치는 영향을 평가했습니다. 번데기 동안의 온도는 신선한 성체에서 조사된 모든 특성에 큰 영향을 미쳤습니다. 열순응은 성체의 혈액세포 농도, 내한성, 총란 생산량을 감소시켰으며 열내성과 기아 저항성에 긍정적인 영향을 미쳤습니다. 내한성에 대한 열순응의 부정적인 영향은 7일 후에 감소했습니다. 대조적으로, 열 순응은 성인의 열 내성에 지속적으로 긍정적인 영향을 미쳤습니다. 우리의 결과는 H. axyridis 성인 표현형에 대한 발달 열 순응의 영향에 대한 광범위한 평가를 제공합니다. 열 순응 후 여러 성체 특성의 상대적 가소성은 다양한 곤충 종의 미래 지리적 분포와 지역적 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

외온동물의 성능, 생존 및 적합성은 온도의 계절적, 연간 변화에 크게 영향을 받습니다1,2. 이는 지구 및 지역 기후의 변동성이 증가하고 지속적인 기후 변화로 인해 발생하는 극한 기상 현상(예: 폭염 및 가뭄)의 빈도가 증가하는 것을 고려할 때 특히 중요합니다3. 농업 및 자연 생태계에서 생물 다양성을 효과적으로 보존하고 보호하기 위해서는 종 수준에서 유기체 성능에 대한 비생물적 조건의 이러한 변화의 결과를 설명하는 것이 필수적입니다4. 동물은 두 가지 시간대에 걸쳐 환경 변화에 반응합니다. 여러 세대에 걸쳐 선택은 유전적 특성에 따라 작용할 수 있으며, 이는 환경 변화를 겪는 선택된 개인의 적합성을 증가시킬 수 있습니다5. 세대 내에서 개인의 표현형은 자신의 유전자형과 노출되는 환경 조건 사이의 상호 작용에 따라 달라집니다6,7. 따라서 동물의 특성은 열 조건에 대한 이전 노출에 부분적으로 의존합니다8,9. 열 환경을 고려할 때 열 순응은 열 조건에 대한 장기간 노출(일~개월, 10에 요약됨)에 대한 반응으로 나타나는 표현형 변화를 의미합니다.

곤충의 경우, 열 순응 반응은 발달 단계마다 열 순응 능력이 다르기 때문에 노출 시기에 따라 달라질 수 있습니다. 성인으로서의 열 순응은 청소년 발달 동안의 순응보다 더 쉽게 되돌릴 수 있는 것으로 보입니다13,14. 이 때문에 유년기 단계의 열적 순응(발달적 순응)은 종종 되돌릴 수 없는 것으로 간주됩니다(15,16 참조). 그러나 발달 과정의 열 적응으로 인한 형태학적 변화는 되돌릴 수 없는 반면, 생리적 및 행동적 변화는 상대적으로 가소성으로 남아 있습니다. 예를 들어, 성체 Drosophila melanogaster의 열 한계는 유충으로서 경험한 열 환경의 영향을 받으며, 이 효과는 성체 열 순응으로 우화 후 역전될 수 있습니다. Degut et al.13은 발달 온도가 성체 Pieris napi의 형태(체질량, 날개 모양 및 크기)에 비가역적으로 영향을 미치며, 이는 발달 온도가 비행 거리, 비행 지구력, 그리고 생식능력. 면역 기능 및 기아 저항성과 같이 겉보기에 관련이 없어 보이는 다른 성인 특성이 발달 과정의 열 적응 후에도 가소성으로 남아 있는지 여부와 이러한 특성이 반응에서 어떻게 상호 작용하거나 상관 관계가 있을 수 있는지는 대체로 불분명합니다.