Proměnlivost tělesné velikosti hmyzu v prostoru a čase

Ing. Eliška Baranovská, DiS.

Doctoral thesis

Spatiotemporal variability in body size of insect

Abstract:

Velikost těla je nápadným znakem všech organismů, který má významný vliv na další vlastnosti daného organismu, a proto může zásadně ovlivňovat jeho život. Díky úzkému vztahu mezi velikostí těla a zdatností jedinců se velikost těla těší velké pozornosti přírodovědců. Už v druhé polovině 19. století si Carl Bergmann všiml, že teplokrevní živočichové v chladnějších oblastech jsou větší než jejich příbuzní z oblastí teplejších. Avšak až v průběhu 20. století se vědci začali zaměřovat i na výzkum vnitrodruhové variability ve velikosti těla u studenokrevných organismů. V rámci mé disertační práce jsem si položila dvě hlavní otázky: Liší se tělesná velikost a kondice u hmyzu na malém prostorovém měřítku a v čase? Mění se velikost těla hmyzu v různých nadmořských výškách a je tento rozdíl dán lokální adaptací nebo fenotypovou plasticitou? Mými modelovými organismy jsou brouci z čeledí střevlíkovitých a mrchožroutovitých, kteří zastávají významnou pozici v mnoha suchozemských potravních řetězcích. Střevlíci jsou významní predátoři škůdců a mrchožrouti se podílejí na rozkladu živočišné organické hmoty. Časová a prostorová proměnlivost na malém prostorovém měřítku a v čase byla zjišťována porovnáním jedinců Anchomenus dorsalis (Pontoppidan, 1763) a Poecilus cupreus (Linnaeus, 1758) žijících na 4 polích během 3 po sobě jdoucích let. Tělesná velikost P. cupreus se lišila pouze mezi pohlavími. Oproti tomu u druhu A. dorsalis byla proměnlivost v tělesné velikosti a v tělesné kondici zjištěna mezi lokalitami v průběhu sezóny i mezi roky. Proměnlivost tělesné velikosti na větší prostorové škále jsem zkoumala u mrchožrouta Silpha carinata (Herbst, 1783). Jedinci S. carinata následovali konverzní Bergmannovo pravidlo, tj. brouci dorůstali do větších velikostí v nižších nadmořských výškách. Laboratorní experiment, kdy jsem chovala jedince S. carinata za standardizovaných podmínek v klimatických boxech, naznačil, že rozdíly ve velikosti jedinců mezi populacemi z různých nadmořských výšek je dán především lokální adaptací na konkrétní podmínky. Důvod, proč S. carinata dorůstá menších velikostí ve vyšších nadmořských výškách, není přesně znám. Nicméně je zřejmé, že všeobecně na hmyz působí jiné vlivy, než na teplokrevné organismy. Například teplota nebo počet generací za rok se považují za hlavní faktory, které mohou generovat vzory ve velikosti těla hmyzu podél geografických gradientů. Další studie by se proto měly hlavně zaměřit na zjištění mechanismů, které generují vnitrodruhovou proměnlivost ve velikosti těla. Vnitrodruhová variabilita ve velikosti těla se projevuje nejen na velké prostorové škále. Proměnlivost ve velikosti těla na malém prostorovém měřítku může reflektovat kvalitu místních podmínek. Proto je vhodné jí zjišťovat v delším časovém horizontu, abychom mohli studovat i náhlé změny prostředí. Vedlejším produktem mého rozpracovaného experimentu zkoumajícího vliv nadmořské výšky na několik dalších druhů střevlíků a mrchožroutů je metodologický článek porovnávající vliv návnady a konzervační kapaliny na účinnost zemních pastí pro střevlíky a mrchožrouty. Tento metodologický článek je taktéž zahrnut jako součást této disertační práce.

Abstract:

Body size is the most prominent trait of all organisms, and influences other characters of a given organism, including its behaviour and physiology. The body size enjoys a close attention of scientists due to tight relationship between body size and fitness of a particular individual. Carl Bergmann noticed in the second half of the 19th century that endotherm organisms are bigger in colder climate conditions than their relatives from a warmer conditions. However, scientists began to focus on research of intraspecific variation in body size in ectotherm organisms and insects a little bit later, during 20th century. I formulated two main questions in my Ph.D. thesis: Do the body size and condition vary on a small spatial scale and over time in insects? Does the body size differ in different altitudes and is this difference due to phenotypic plasticity or local adaptation? My model organisms were beetles from the families Carabidae and Silphidae that stand in an important position in most terrestrial food chains. Carabids are among important predators of various pests and silphids are significantly involved in decomposition of animal organic matter. Small-scale spatial and temporal variation was investigated in Anchomenus dorsalis (Pontoppidan, 1763) and Poecilus cupreus (Linnaeus, 1758) in four arable fields over three consecutive years. The body size of P. cupreus differed only between sexes. On the contrary, I found significant variation in the body size and the body condition in A. dorsalis among sites during season and among years. I also investigated the body size variation along a geographic gradient in a carrion beetle Silpha carinata (Herbst, 1783). The carrion beetle S. carinata followed the converse Bergmann’s rule, i.e. individuals grew bigger at a lower altitude. Common garden experiment, where individuals of S. carinata were held in climatic chamber under standardized condition, inferred that the differences in body size among altitudes were given mainly by an adaptation to a particular environmental conditions. The reason why S. carinata is smaller at higher altitudes is not completely understood. Nevertheless, it is obvious that in general, effects acting on insect are different than factors acting on endotherm animals. The main factors generating geographic cline of body size in insect are considered to be a temperature and a voltinism. However, there is need for further studies that should be focused on research of other possible proximate mechanisms. Intraspecific body size variations could be recorded even on a small spatial scale. Small-scale body size variation could reflect the quality of local environment conditions. Therefore, it is important to examine small-scale body size variation for a longer time horizon because of record of sudden environmental change. The methodological article, comparing the effect of presence of bait and type of preservative fluid on efficiency of pitfall traps for carabid and carrion beetle, is a by-product of my unfinished experiment investigating the effect of altitude on several other species of carabid and silphid beetles. This methodological article is also included as a part of this Ph.D. thesis.

Keywords

Velikost těla, Bergmannovo pravidlo, Carabidae, Silphidae

Keywords

Body size, Bergmann's rule, Carabidae, Silphidae

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 24. 8. 2017

Thesis defence

• Supervisor: doc. RNDr. Pavel Saska, Ph.D.
• Reader: Alois Honěk, Ing., externi, Petr Bogusch, externi

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Sciences

Doctoral programme / field:
Ecology / Ecology