Physiological consequences of growing up during a heatwave
(2021) BIOM02 20211Degree Projects in Biology
- Abstract
- With a changing climate comes warmer periods all around the year and an increase in the frequency of heatwaves. This affects animals in different ways. In birds, changes in environmental temperature during the developmental period before or after hatching, which is expected during heatwaves, can directly affect growth, metabolism and temperature tolerance of the offspring. We know little about how these changes remain in adulthood. This is important to fully understand the fitness effects caused by heatwaves. I, thus, investigated if any phenotypic consequences of the thermal environment in early life remained in adulthood. This was achieved by raising Japanese quail (Coturnix japonica) under simulated heatwave, or normal, conditions until... (More)
- With a changing climate comes warmer periods all around the year and an increase in the frequency of heatwaves. This affects animals in different ways. In birds, changes in environmental temperature during the developmental period before or after hatching, which is expected during heatwaves, can directly affect growth, metabolism and temperature tolerance of the offspring. We know little about how these changes remain in adulthood. This is important to fully understand the fitness effects caused by heatwaves. I, thus, investigated if any phenotypic consequences of the thermal environment in early life remained in adulthood. This was achieved by raising Japanese quail (Coturnix japonica) under simulated heatwave, or normal, conditions until they had reached 50% of adult body mass, and in a common garden afterwards. To determine if different developmental conditions determined how the birds were affected by cold and heat. I then measured thermophysiological responses to variation in environmental temperature, at the end of the heatwave treatment and again in adulthood. I found that, there was no difference in body mass or wing length between treatments. At 3 weeks, control birds had higher metabolic heat production (MHP) in all test temperatures than warm birds. At 40°C, warm birds were more effective at using evaporative cooling, reflected as a higher ratio between evaporative heat loss (EHL) and MHP than in control birds. However, control birds had higher non-evaporative (“dry”) heat loss than warm birds. Thus, there were no difference on total heat loss, i.e. the sum of wet and dry conductance. That total conductance was similar between the groups, indicates that they were just as capable to regulate heat loss, but that they used different ways to keep cool. None of the effects found at 3 weeks remained to adulthood. Since evaporative cooling capacity developed faster when birds grew up in warmer conditions, chicks exposed to higher temperatures could be more prepared to counter heat stress as juveniles, while adult birds might not have any advantage of such developmental conditions when coping with high temperatures. However, growing up under a heatwave could cause effects on the capacity to tolerate more extreme temperatures, which was not measured here. Future studies should address if a longer or more severe heatwave period will cause lasting effects, and how long or sever a heatwave must be for irreversible effects to arise. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Fysiologiska effekter av att växa upp under en värmebölja
Med klimatförändringarna kommer en ökning av antalet värmeböljor. Det påverkar djur på olika sätt. Hos fåglar kan förändringen i temperatur under utvecklingen påverka tillväxt, ämnesomsättning och temperaturtolerans hos ungarna. Vi vet inte så mycket om hur dessa effekter stannar kvar till vuxen ålder. Detta är viktigt för att förstå effekterna orsakade av värmeböljor.
Jag undersökte om fysiologiska effekter av temperaturer i tidiga livet, så som ämnesomsättning och förmågan att kyla ned kroppen, stannade kvar till vuxen ålder. Detta gjordes genom att japanska vaktlar (Coturnix japonica) växte upp under en simulerad värmebölja eller under normala temperaturförhållanden i tre... (More) - Fysiologiska effekter av att växa upp under en värmebölja
Med klimatförändringarna kommer en ökning av antalet värmeböljor. Det påverkar djur på olika sätt. Hos fåglar kan förändringen i temperatur under utvecklingen påverka tillväxt, ämnesomsättning och temperaturtolerans hos ungarna. Vi vet inte så mycket om hur dessa effekter stannar kvar till vuxen ålder. Detta är viktigt för att förstå effekterna orsakade av värmeböljor.
Jag undersökte om fysiologiska effekter av temperaturer i tidiga livet, så som ämnesomsättning och förmågan att kyla ned kroppen, stannade kvar till vuxen ålder. Detta gjordes genom att japanska vaktlar (Coturnix japonica) växte upp under en simulerad värmebölja eller under normala temperaturförhållanden i tre veckor, och sedan i gemensam temperatur till vuxen ålder. För att avgöra om olika temperaturer under utvecklingen bestämde hur fåglarna påverkades av kyla och värme, mätte jag fysiologiska responser på variation i utvecklingstemperaturen vid slutet av den simulerade värmeböljan och igen vid vuxen ålder.
Fåglarna växte upp i 20°C, för att representera normala temperaturförhållanden, eller i 30°C, för att representera en värmebölja. Kroppsvikt och vinglängd mättes en gång veckan. För att kunna se om det fanns några fysiologiska effekter och om de stannade kvar, mättes ämnesomsättning och vattenförlust via avdunstning vid 3 och 8 veckors ålder. Vilket är ungefär halvvägs till vuxen storlek respektive när de är vuxna. Mätningarna skedde vid 10°C, 20°C, 30°C och 40°C för att se hur fåglarna klarar av varmare och kallare temperaturer än sina uppväxttemperaturer. Syremängd, vattenånga och kroppstemperatur mättes för att få fram värmeproduktionen och värmeförlusten.
Det var ingen skillnad i kroppsvikt eller vinglängd mellan kontrollfåglarna och de varma fåglarna. Vid 3 veckors ålder hade kontrollfåglarna högre metabolisk värmeproduktion i alla temperaturer än vad de varma fåglarna hade. Vid 40°C var varma fåglar mer effektiva på att använda avdunstning som avkylning medan kontrollfåglarna främst använde andra vägar för värmeförlust. Det var därför ingen skillnad i den totala värmeförlusten mellan kontrollfåglar och varma fåglar.
Att den totala värmeförlusten var lika mellan grupperna tyder på att kontroll och varma fåglar var lika duktiga på att reglera värmeförlusten, men att de använder olika sätt att hålla nere kroppstemperaturen. Inga av de effekter som hittades vid 3 veckor fanns kvar vid vuxen ålder. Eftersom förmågan att använda avdunstning som avkylning utvecklades snabbare hos fåglar som växte upp varmt, kan fåglar som utsätts för varma temperaturer vara mer förberedda för att möta dessa temperaturer som unga. Medan vuxna fåglar kanske inte har någon fördel när de handskas med höga temperaturer. Att växa upp under en värmebölja kan orsaka effekter på förmågan att klara av mer extrema temperaturer, vilket inte mättes här. Framtida studier bör undersöka om längre och mer allvarliga värmeböljor kan orsaka effekter som stannar kvar till vuxen ålder och hur lång eller allvarlig en värmebölja måste vara för att orsaka permanenta effekter. En mild eller kortvarig värmebölja verkar inte ha effekter på tillväxten eller ha några uppenbara konsekvenser för hur fåglar påverkas av varma temperaturer som vuxna. Om klimatförändringarna inte förvärras kan de klara sig utan allvarliga konsekvenser orsakade av detta.
Masterexamensprojekt i Biologi 30 hp 2021
Biologiska institutionen, Lunds universitet
Handledare: Andreas Nord
Livshistoria och funktionell ekologi/Biologiska institutionen (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9068469
- author
- Persson, Elin
- supervisor
-
- Andreas Nord LU
- organization
- course
- BIOM02 20211
- year
- 2021
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9068469
- date added to LUP
- 2021-11-24 12:06:56
- date last changed
- 2021-11-24 12:06:56
@misc{9068469,
abstract = {{With a changing climate comes warmer periods all around the year and an increase in the frequency of heatwaves. This affects animals in different ways. In birds, changes in environmental temperature during the developmental period before or after hatching, which is expected during heatwaves, can directly affect growth, metabolism and temperature tolerance of the offspring. We know little about how these changes remain in adulthood. This is important to fully understand the fitness effects caused by heatwaves. I, thus, investigated if any phenotypic consequences of the thermal environment in early life remained in adulthood. This was achieved by raising Japanese quail (Coturnix japonica) under simulated heatwave, or normal, conditions until they had reached 50% of adult body mass, and in a common garden afterwards. To determine if different developmental conditions determined how the birds were affected by cold and heat. I then measured thermophysiological responses to variation in environmental temperature, at the end of the heatwave treatment and again in adulthood. I found that, there was no difference in body mass or wing length between treatments. At 3 weeks, control birds had higher metabolic heat production (MHP) in all test temperatures than warm birds. At 40°C, warm birds were more effective at using evaporative cooling, reflected as a higher ratio between evaporative heat loss (EHL) and MHP than in control birds. However, control birds had higher non-evaporative (“dry”) heat loss than warm birds. Thus, there were no difference on total heat loss, i.e. the sum of wet and dry conductance. That total conductance was similar between the groups, indicates that they were just as capable to regulate heat loss, but that they used different ways to keep cool. None of the effects found at 3 weeks remained to adulthood. Since evaporative cooling capacity developed faster when birds grew up in warmer conditions, chicks exposed to higher temperatures could be more prepared to counter heat stress as juveniles, while adult birds might not have any advantage of such developmental conditions when coping with high temperatures. However, growing up under a heatwave could cause effects on the capacity to tolerate more extreme temperatures, which was not measured here. Future studies should address if a longer or more severe heatwave period will cause lasting effects, and how long or sever a heatwave must be for irreversible effects to arise.}},
author = {{Persson, Elin}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Physiological consequences of growing up during a heatwave}},
year = {{2021}},
}