Developmental temperature induces consistent patterns of plasticity in lower, but not upper, critical thermal limits in threespine stickleback (Gasterosteus aculeatus)
Bei dem marinen Dreistachlen-Stickleingestehen induziert die Entwicklungstemperatur eine konsistente, familienweite Plastizität, welche das kritische thermische Minimum als Reaktion auf kühlere Bedingungen in der frühen Lebensphase senkt, wohingegen ihr Effekt auf das kritische thermische Maximum minimal und über Familien hinweg inkonsistent ist.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich die Natur als eine riesige, geschäftige Stadt vor, in der jedes Lebewesen ein Bewohner mit einer spezifischen „Komfortzone“ ist. Für Fische geht es bei dieser Komfortzone vor allem um die Temperatur. Wenn das Wasser zu kalt wird, verlangsamen sich ihre Körper wie ein Auto im Winter; wenn es zu heiß wird, überhitzen sie wie ein Handy, das in der Sonne liegen gelassen wurde. Wissenschaftler bezeichnen die absolut kältesten und heißesten Punkte, die ein Fisch überleben kann, als seine „kritischen thermischen Grenzen“. Betrachten Sie diese Grenzen wie die harten Wände eines Raumes: Man kann sich darin bewegen, aber wenn man die Wand berührt, hat man ein Problem.
Stellen Sie sich nun vor, diese Wände bestünden nicht aus Beton, sondern aus etwas Weicherem, wie etwa Ton. Dies ist die Idee der „Plastizität“. Das bedeutet, dass der Körper eines Tieres seine eigene Komfortzone basend auf der Umgebung, in der es aufwächst, umgestalten kann. Genau wie ein Kind, das lernt, eine lokale Sprache zu sprechen, weil es dort aufgewachsen ist, könnte ein Fisch das „Lernen“ vollziehen, mit kälterem oder wärmerem Wasser umzugehen, wenn er diese Temperaturen erlebt, während er noch ein Ei oder ein Baby ist. Das ist wichtig, weil unser Planet wärmer und mit Temperaturschwankungen unberechenbarer wird. Wenn Fische ihre Ton-Wände nicht schnell genug anpassen können, könnten sie außerhalb ihrer Komfortzone stecken bleiben und verschwinden. Die große Frage ist: Können die frühen Lebenserfahrungen eines Fisches die Art und Weise, wie viel Hitze oder Kälte er als Erwachsener verträgt, dauerhaft verändern?
Diese Studie taucht in diese Frage ein, indem sie den berühmten kleinen Fisch, den Dreistäubig-Stickleback (Threespine Stickleback), untersucht. Die Forscher richteten ein riesiges Experiment ein, wie eine fischige Internatsschule, bei der sie Eier aus sechs verschiedenen Familien nahmen und sie in drei verschiedenen „Nachbarschaften“ aufzogen: einem kühlen 12 °C, einem milden 15,5 °C und einem warmen 22 °C. Sobald die Fische geschlüpft waren, wurden sie alle in densen gleichen komfortablen Raum (15,5 °C) versetzt, um gemeinsam aufzuwachsen, sodass etwaige Unterschiede später darauf zurückzuführen wären, dass sie in ihrer frühen Phase unterschiedliche Temperaturen erlebt hatten, und nicht auf ihre aktuelle Umgebung. Als die Fische ausgewachsen waren, testeten die Wissenschaftler ihre Grenzen, indem sie sie langsam abkühlten, um ihren „Gefrierpunkt“ (CTmin) zu finden, und sie aufwärmten, um ihren „Siedepunkt“ (CTmax) zu finden.
Die Ergebnisse waren eine Erzählung aus zwei verschiedenen Geschichten. Wenn es um die Kälte ging, waren die Fische wie Chamäleons. Diejenigen, die im kühlen 12 °C kalten Wasser aufgewachsen waren, entwickelten einen niedrigeren Gefrierpunkt, was bedeutete, dass sie als Erwachsene kältere Temperaturen überleben konnten als diejenigen, die im warmen 22 °C Wasser aufgewachsen waren. Es war ein konsistentes Muster: Kalte Babys wurden kältetolerante Erwachsene. Die Forscher fanden heraus, dass die bei 12 °C aufgezogenen Fische Temperaturen von bis zu -0,9 °C standhalten konnten, während die in warmem Wasser aufgezogenen Fische nicht unter 0,1 °C kommen konnten. Dies deutet darauf hin, dass das frühe Leben die Fische wirklich auf die Kälte „voreinstellt“ (priming) und ihre untere Grenze um etwa 1 °C verschiebt.
Die Geschichte für die Hitze war jedoch weitaus weniger dramatisch. Als die Wissenschaftler die oberen Grenzen überprüften, schien die frühe Temperatur nicht viel eine Rolle zu spielen. Die Fische, die im warmen 22 °C Wasser aufgewachsen waren, wurden als Erwachsene nicht signifikant besser darin, extreme Hitze zu vertragen, als die anderen. Ihr „Siedepunkt“ blieb weitgehend gleich und pendelte sich unabhängig davon, ob sie als Babys in der Kälte oder in der Hitze waren, bei etwa 32 °C bis 32,5 °C ein. Darüber hinaus war der Effekt nicht über alle Fischfamilien hinweg konsistent; einige Familien zeigten winzige Veränderungen, während andere gar keine zeigten.
Zusammenfassend lässt die Arbeit darauf schließen, dass das Aufwachsen in der Kälte für diese Sticklebacks ein wirkungsvoller Weg ist, um eine stärkere Verteidigung gegen das Erfrieren aufzubauen, während das Aufwachsen in der Hitze ihnen scheinbar keine Superkraft gegen Überhitzung verleiht. Dies ist ein entscheidendes Puzzleteil für das Verständnis darüber, wie Fische dem Klimawandel überleben könnten. Es impliziert, dass, wenn der Ozean in einigen Gebieten kälter wird, diese Fische durch ihre frühe Entwicklung schnell reagieren können. Aber wenn der Ozean heißer wird, verfügen sie möglicherweise nicht über denselben entwicklungsbedingten „Boost“, um der Hitze zu trotzen, was sie gegenüber den steigenden Temperaturen der Zukunft verwundbarer macht.
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