Micro-evolutionary responses to increased temperature in zooplankton.

Het hoofddoel van deze thesis bestond erin micro-evolutionaire responsen op global warming te onderzoeken en mogelijke ecologische consequenties van thermische evolutie na te gaan in drie belangrijke zoöplankton soorten, namelijk, Daphnia magna, Daphnia pulex en Simocephalus vetulus. We maakten hiervoor gebruik van een experimentele evolutie benadering waarin global warming scenarios werden nagebootst om op deze manier genetische adaptatie aan verhoogde temperatuur te kwantificeren. Meer specifiek voerden we thermische selectie-experimenten uit in het laboratorium en onder semi-natuurlijke veldcondities (i.e. in de aanwezigheid van competitoren en predatoren). In het selectie-experiment uitgevoerd in het laboratorium onderzochten we bijkomend thermische micro-evolutie in competitieve sterkte en gingen we de impact na van verschillende populatiedynamieken op micro-evolutionaire veranderingen (Hoofdstuk I). Tevens onderzochten we de effecten van selectie op neutrale genetische variatie (Hoofdstuk II). De veldexperimenten werden opgesteld en uitgevoerd in samenwerking met het NERI Instituut te Denemarken (Hoofdstuk III) en de Universiteit van Liverpool (Engeland) (Hoofdstuk IV). We voegden een evolutionair-ecologische dimensie toe aan deze experimenten, namelijk het opvolgen van de evolutionaire respons op verschillende thermische selectiebehandelingen in lokale zoöplankton populaties. De selectie-experimenten werden gevolgd door levenstabel-experimenten onder laboratoriumomstandigheden waarbij evolutionaire responsen op verhoogde temperaturen in levensgeschiedeniskenmerken die sterk samenhangen met fitness werden gekwantificeerd. Vervolgens voerden we competitie-experimenten uit die tot doel hadden om een aspect van de ecologische impact van evolutionaire aanpassingen aan global warming te kwantificeren. Meerbepaald onderzochten we in D. magna in hoeverre lokale genetische aanpassingen aan verschillende experimenteel opgelegde temperatuurs-behandelingen in de mesocosmen, een impact hebben op het finale resultaat van competitie met immigrante genotypes afkomstig van populaties die aangepast zijn aan een warmer klimaat (Hoofdstuk V). De sleutelresultaten van onze experimenten zijn dat lokale zoöplankton populaties de mogelijkheid bezitten om zich zeer snel genetisch aan te passen aan temperatuurs-veranderingen onder global warming. We konden in drie selectie-experimenten aantonen dat zoöplankton soorten zich binnen enkele maanden tot anderhalf jaar genetisch konden aanpassen aan stijgende temperaturen (Hoofdstukken, I, III en IV). In Hoofdstuk II vonden we aanwijzingen dat selectie ook een impact heeft op neutrale genetische variatie. Daarnaast vonden we herhaalbare veranderingen in allelfrequenties bij specifieke merkers en indicaties voor een bevoordeling van heterozygoten. In Hoofdstuk I en IV toonden we het belang aan van de ecologische context in het bepalen van met welke kenmerken soorten zich aanpassen aan stijgende temperaturen. Onze resultaten toonden aan dat populatiedynamieken, naast andere factoren, een belangrijke bepalende factor zijn voor evolutie aangezien deze de relatieve bijdrage van groeisnelheid en competitieve sterkte tot fitness bepalen. Wanneer we de resultaten uit het laboratorium en de mesocom selectie-experimenten vergelijken (Hoofdstuk I en IV), kunnen we besluiten dat in de aanwezigheid van predatoren en competitoren de genetische respons minder duidelijk en moeilijker te voorspellen is dan wanneer de populaties in isolatie worden blootgesteld aan verhoogde temperaturen. De waargenomen snelle micro-evolutionaire responsen benadrukken de mogelijkheid tot interactie tussen ecologische en evolutionaire dynamieken. In Hoofdstuk V konden we inderdaad aantonen dat evolutionaire aanpassingen aan verhoogde temperaturen belangrijke ecologische consequenties heeft daar we een significante verhoging vonden in de mogelijkheid van residente populaties om weerstand te bieden aan immigrante zuidelijke genotypes en dit na een periode van waarin de residente populaties de mogelijkheid kregen om zich genetisch aan de passen aan een verhoogde temperatuur. Immigrante genotypes afkomstig uit het zuiden van Frankrijk waren zeer efficiënt in het overnemen van Engelse residenten in de experimentele eenheden blootgesteld aan een hoge temperatuursbehandeling, maar deze superioriteit sterk werd gereduceerd na anderhalf jaar van thermische genetische aanpassingen aan hoge temperatuur bij de residenten. Onze resultaten tonen aan dat zowel lokale (micro-evolutie) als regionale (gene flow) processen de gemeenschapssamenstelling bepalen onder global warming. Dit benadrukt het belang om de impact van global warming te bestuderen in een evolving metagemeenschap context. Dit onderzoek toont aan dat micro-evolutie optreedt op een korte tijdschaal en dat het ecologische processen sterk kan beïnvloeden. We benadrukken daarom het belang om informatie over de mogelijkheid tot genetisch aanpassing aan global warming in organismen in rekening te brengen in modellen die het voorspellen van de impact van global warming op de distributie van populaties en gemeenschappen in de tijd en in de ruimte tot doel hebben.

Publication year:2009