Konsekwente metabolisme kan duur wees vir insekte in souter water

"Varswaterhabitatte word oor die algemeen souter om 'n aantal redes, insluitend padsout en landbou-afloop, ontginning van steenkool en aardgas, droogte en seevlak styging," sê David Buchwalter, professor in toksikologie aan NC State en ooreenstemmende skrywer van die navorsing. "Varswaterinsekte en ander organismes wat in hierdie stelsels leef, word gebruik as aanwysers van die ekosisteem se gesondheid. Wanneer hierdie stelsels souter word, sien ons dat insekdiversiteit afneem, maar ons is nie seker hoekom nie."

Waterdiere (insluitend insekte en skaaldiere) moet voortdurend die korrekte balans van water en soute binne hul liggaam handhaaf, 'n proses wat osmoregulering genoem word. Teoreties sou die gunstigste omgewing vir waterdiere een wees waar eksterne soutvlakke naby aan dié binne die dier is. Só hoef die dier nie so hard te werk om osmoregulering te handhaaf nie.

Die teenoorgestelde blyk egter waar te wees vir varswaterinsekte, hoër soutgehalte word altyd geassosieer met verhoogde tempo van ioonopname by insekte, maar dit word ook geassosieer met ontwikkelingsagterstande of dood.

"Ons het gedink dat varswaterinsekte dalk soveel van hul energie na osmoregulering in souter omgewings verskuif dat hulle nie kan groei of floreer nie," sê Buchwalter. "Ons het dus die metaboliese tempo van skaaldiere en insekte in verdunde en sout-omgewings gemeet om te sien of metaboliese reaksies op soutgehalte soortgelyk was."

Die span het gekyk na drie soorte varswaterdiere, twee spesies gammarid, of "scud", wat 'n klein varswaterskaaldier is; een varswaterslak; en drie akwatiese insekspesies.

In die eerste toets het hulle die diere se metabolisme gemeet deur hulle in waters met verskillende konsentrasies soutione te plaas en na hul tempo van suurstofverbruik te kyk. Hulle het opgemerk dat meer verwaterde toestande die skaaldiere en slak harder laat asemhaal, wat hul metabolisme verhoog het, terwyl insekte se metaboliese tempo konstant was, ongeag die soutgehalte.

Vervolgens het die span gekyk of 'n toename in asemhalingstempo aan die vervoer van 'n spesifieke ioon gekoppel is. Radioaktiewe isotope van die soutione kalsium en natrium het die navorsers toegelaat om te meet hoeveel en hoe vinnig die diere verskillende ione opgeneem het.

Die navorsers het bevind dat kalsium die sleutelaandrywer was van nie-insekte se verhoogde metabolisme in laer soutgehalte. Met ander woorde, die skaaldiere en slak het harder gewerk om die kalsiumione wat hulle benodig het te vervoer in 'n omgewing waar kalsium moeiliker om te vind was.

Daarteenoor het die insekte se metaboliese tempo konstant gebly in beide sout- en verdunde omgewings, al het hulle 'n hoër kalsiumioon-transporttempo in die sout-omgewing gehad. Dit lyk asof insekte baie min vraag na kalsium het; trouens, vorige navorsing het getoon dat oortollige kalsium potensieel giftig is vir hulle.

Die navorsers dink dat die diere se gebruik van interne energie, of aktiewe vervoer, wanneer die soute verskuif word, die verklaring kan wees.

"Wanneer ons sien dat nie-insekte se metabolisme in verwaterde omgewings toeneem, kan dit wees as gevolg van die feit dat hulle harder moet werk om meer kalsium in te neem," sê Buchwalter. "En hoewel dit teen-intuïtief lyk, is die teenoorgestelde waar vir insekte wat harder in 'n meer sout omgewing werk om ewewig te handhaaf, hoewel hul respirasietempo nie toeneem nie. In plaas daarvan blyk dit dat hulle hulpbronne gebruik wat andersins aan groei en ontwikkeling om oormatige ioonopname te 'ongedoen' wanneer dinge souter word.

"Om souione te beweeg het 'n energiekoste vir die dier," sê Buchwalter. "Dus vir varswaterinsekte is die idee dat organismes moet floreer in omgewings wat naby hul interne soutgehalte is verkeerd. Boonop kan hul lae aanvraag na kalsium hulle help om te floreer in baie verwaterde omgewings waar insekte tipies die ekologie oorheers. Daarteenoor, lae kalsium blyk stresvol te wees vir die skaaldiere en slak in hierdie studie. Dit is fassinerend dat spesies wat in dieselfde habitatte leef sulke verskillende fisiologieë kan hê."

Toekomstige werk sal ondersoek of hierdie fisiologiese verskille gebaseer is op die afkoms van die organismes wat getoets is, of die gebruik van kalsium in hul eksoskelette/skulpe.

Die werk verskyn in die Journal of Experimental Biology en is ondersteun deur die National Science Foundation onder toekenning IOS 1754884. Eerste skrywer en Ph.D. kandidaat Jamie Cochran is ondersteun deur 'n Goodnight Doctoral Fellowship. Catelyn Banks, voorheen 'n student aan die North Carolina School of Science and Mathematics, het ook tot die werk bygedra.