Adaptation to fluctuating and extreme temperatures
Julkaistu sarjassa
JYU DissertationsTekijät
Päivämäärä
2024Tekijänoikeudet
© The Author & University of Jyväskylä
Ilmastonmuutos altistaa eliölajit yhä useammin kuumuudelle ja nopealle lämpötilan vaihtelulle. Vaihtelun nopeuden on oletettu vaikuttavan eliöiden lämmönsietoon, sillä tasaisiin ja vaihteleviin lämpötiloihin sopeutumisen välillä pitäisi olla kelpoisuuskustannuksia ja evolutiivisia rajoitteita. Tästä huolimatta ei ole varmuutta siitä, mitkä tekijät parantavat tai huonontavat eliölajien kykyä sopeutua muuttuviin lämpötilaoloihin. Väitöskirjassani tutkin sieni- ja bakteerilajien sopeutumista vakaisiin keski- ja äärilämpötiloihin sekä eri nopeuksilla vaihteleviin lämpötiloihin. Selvitin laskennallisen genetiikan ja geenikartoituksen avulla vaikuttavatko samat geenit lämmönsietokykyyn vakaissa ja vaihtelevissa lämpötiloissa. Kokeellisella evoluutiolla tutkin sopeutuvatko suuret ja pienet populaatiot yhtä tehokkaasti lämpötilaltaan vaihteleviin ja vakaisiin ympäristöihin. Lisäksi tein kilpailukokeita, joilla tutkittiin ovatko lämpötilaltaan vaihtelevissa ympäristöissä kehittyneet populaatiot parempia kilpailijoita muita lajeja vastaan. Tulokset osoittivat, että geneettiset erot rajoittivat lämpötilasopeutumista vain vähän, ettei populaatiokoolla ollut suurta vaikutusta sopeutumiskykyyn, eikä vaihtelevissa lämpötiloissa kehittyminen selittänyt menestystä lajien välisessä kilpailussa. Tulosteni perusteella kelpoisuuskustannukset eivät määritä eliöiden kykyä sopeutua lisääntyvään lämpötilan vaihteluun, sillä jotkin yksilöt ja populaatiot pärjäävät hyvin lämpötilasta riippumatta. Poikkeuksena vaikuttaisi olevan kuumansietokyky, jonka evoluutiota joillakin lajeilla rajoittaa vähäinen geneettisen muuntelun määrä. Toisaalta korkeat lämpötilat voivat johtaa voimakkaaseen luonnonvalintaan ja nopeaan sopeutumiseen. Lisäksi lämpötilan vaihtelu voi vaikuttaa lajien välisen kilpailun lopputulokseen, mikä tulisi huomioida ennustettaessa lajien selviytymistä tulevaisuudessa. Väitöskirjani osoittaa, että meidän tulisi uudelleenarvioida hypoteeseja, jotka korostavat kelpoisuuskustannuksien ja evolutiivisten rajoitteiden vaikutusta eliölajien sopeutuessa vakaisiin ja eri nopeuksilla vaihteleviin lämpötiloihin.
...
Climate change forces species to tolerate heat and faster fluctuations in temperature. The speed of thermal change is expected to affect species ability to adapt, as there should be fitness trade-offs and evolutionary constraints between constant and fluctuating temperatures. However, there is no certainty about the factors that could facilitate or limit adaptation to temperature at different timescales. In this thesis, my aim was to investigate the trade-offs in adaptation to constant mean and extreme temperatures, and fluctuations of varying speed. My study species were fungi and bacteria. First, I used quantitative genetics and association mapping to study if different genes affect thermal tolerance at constant and fluctuating temperatures. Second, I used experimental evolution to test the differences in adaptation to constant and fluctuating temperatures, and the efficacy of adaptation in large and small populations. Third, I used competition experiments to investigate if thermal fluctuations select for populations that are better competitors against other species. The results indicated only weak trade-offs between constant and fluctuating temperatures at genetic level, in adaptation with different population sizes, or in competitive ability of evolved populations. Based on my results, trade-offs do not seem to determine species ability to adapt to increased variation, as some individuals and populations are able to perform well across temperatures. However, the tolerance to extreme heat might be more evolutionary constrained due to little genetic variation in some species. On the other hand, high temperatures can form strong selection pressures that lead to fast adaptive responses in populations. In addition, present thermal fluctuations can affect species competitive ability, and hence should be considered when predicting species survival in future. To conclude, the results of this thesis highlight a need for reconsidering some of the hypotheses that emphasize the role of trade-offs and evolutionary constraints in adaptation to constant and differently fluctuating temperatures.
...
![showless](/themes/JYX2//images/showless.png)
![showmore](/themes/JYX2//images/showmore.png)
![showless](/themes/JYX2//images/showless.png)
![showmore](/themes/JYX2//images/showmore.png)
Julkaisija
Jyväskylän yliopistoISBN
978-952-86-0287-3Julkaisuun sisältyy osajulkaisuja
- Artikkeli I: Räsänen E., Moghadam N. N., Sidhu K., Summanen P., Littunen H-R., Ketola T. & Kronholm I. Genome-wide association study for loci influencing thermal performance curves in Neurospora crassa. Submitted manuscript.
- Artikkeli II: Räsänen E., Liukkonen M., Summanen P., Ketola T. & Kronholm I. Genome-wide association mapping for growth rate at fluctuating and extreme temperatures. Manuscript.
- Artikkeli III: Räsänen E., Nieminen V., Summanen P., Villalba de la Peña M., Makkonen P., Suisto K., Ketola T. & Kronholm I. The effect of population size on adaptation to fluctuating temperatures. Manuscript.
- Artikkeli IV: Räsänen, E., Lindström, L., & Ketola, T. (2020). Environmental fluctuations drive species’ competitive success in experimental invasions. Annales Zoologici Fennici, 57(1), 79-87. DOI: 10.5735/086.057.0109
Metadata
Näytä kaikki kuvailutiedotKokoelmat
- Väitöskirjat [3519]
Samankaltainen aineisto
Näytetään aineistoja, joilla on samankaltainen nimeke tai asiasanat.
-
The evolution of temperature tolerance and invasiveness in a fluctuating thermal environment
Saarinen, Kati (University of Jyväskylä, 2016)The consequences of the climate change on species are still uncertain, despite of intensive research. Currently, rising temperature is not the only concern, since the climate change scenarios also predict increases in ... -
Changing winter conditions in the boreal forest : the effects of fluctuating temperature and predation risk on activity and physiological stress level in bank voles
Sipari, Saana; Haapakoski, Marko; Klemme, Ines; Palme, Rupert; Sundell, Janne; Ylönen, Hannu (Springer Berlin Heidelberg, 2016)Due to global climate change, the winter conditions in the North are predicted to change, as the time with an intact insulating snow cover gets shorter or disappears altogether. For small mammals, this could cause exposure ... -
Responses to Developmental Temperature Fluctuation in Life History Traits of Five Drosophila Species (Diptera: Drosophilidae) from Different Thermal Niches
Manenti, Tommaso; Kjærsgaard, Anders; Munk Schou, Toke; Pertoldi, Cino; Moghadam, Neda N.; Loeschcke, Volker (MDPI AG, 2021)Temperature has profound effects on biochemical processes as suggested by the extensive variation in performance of organisms across temperatures. Nonetheless, the use of fluctuating temperature (FT) regimes in laboratory ... -
Beam Energy Scan of Specific Heat Through Temperature Fluctuations in Heavy Ion Collisions
Basu, Sumit; Nandi, Basanta K.; Chatterjee, Sandeep; Chatterjee, Rupa; Nayak, Tapan (Institute of Physics Publishing Ltd., 2016)Temperature fluctuations may have two distinct origins, first, quantum fluctuations that are initial state fluctuations, and second, thermodynamical fluctuations. We discuss a method of extracting the thermodynamic ... -
Adaptation to fluctuations in temperature by nine species of bacteria
Saarinen, Kati; Laakso, Jouni; Lindström, Leena; Ketola, Tarmo (Blackwell Publishing Ltd, 2018)Rapid environmental fluctuations are ubiquitous in the wild, yet majority of experimental studies mostly consider effects of slow fluctuations on organism. To test the evolutionary consequences of fast fluctuations, we ...
Ellei toisin mainittu, julkisesti saatavilla olevia JYX-metatietoja (poislukien tiivistelmät) saa vapaasti uudelleenkäyttää CC0-lisenssillä.