Tutarlı metabolizma, tuzlu sudaki böcekler için maliyetli olabilir

NC Eyaleti toksikoloji profesörü ve ilgili yazar David Buchwalter, "Tatlı su habitatları genel olarak yol tuzu ve tarımsal akıntı, kömür ve doğal gaz çıkarılması, kuraklık ve deniz seviyesinin yükselmesi gibi çeşitli nedenlerden dolayı daha tuzlu hale geliyor" diyor. Araştırma. "Bu sistemlerde yaşayan tatlı su böcekleri ve diğer organizmalar, ekosistemin sağlığının göstergesi olarak kullanılıyor. Bu sistemler tuzlandıkça böcek çeşitliliğinin azaldığını görüyoruz ancak bunun nedenini bilmiyoruz."

Suda yaşayan hayvanlar (böcekler ve kabuklular dahil), osmoregülasyon adı verilen bir süreçle vücutlarındaki su ve tuzların doğru dengesini sürekli olarak korumalıdır. Teorik olarak suda yaşayan hayvanlar için en uygun ortam, dış tuzluluk seviyelerinin hayvanın içindekilere yakın olduğu ortam olacaktır. Bu şekilde hayvanın osmoregülasyonu sürdürmek için çok fazla çalışmasına gerek kalmaz.

Bununla birlikte, tatlı su böcekleri için bunun tersi geçerli gibi görünmektedir; daha yüksek tuzluluk her zaman böceklerde artan iyon alımı oranlarıyla ilişkilidir, ancak aynı zamanda gelişimsel gecikmeler veya ölümle de ilişkilidir.

Buchwalter, "Tatlı su böceklerinin enerjilerinin çoğunu tuzlu ortamlarda osmoregülasyona aktararak büyüyemeyecek veya gelişemeyeceklerini düşündük" diyor. "Dolayısıyla tuzluluğa metabolik tepkilerin benzer olup olmadığını görmek için kabukluların ve böceklerin seyreltik ve tuzlu ortamlardaki metabolik hızlarını ölçtük."

Ekip üç tür tatlı su hayvanını inceledi; iki tür gammarid veya küçük bir tatlı su kabuklusu olan "scud"; bir tatlı su salyangozu; ve üç suda yaşayan böcek türü.

İlk testte, hayvanları farklı konsantrasyonlarda tuz iyonları içeren sulara koyarak ve oksijen tüketim oranlarına bakarak metabolizmalarını ölçtüler. Daha seyreltik koşulların kabukluların ve salyangozların daha zor nefes almasına neden olduğunu, metabolizmalarını artırdığını, böceklerin ise metabolik hızlarının tuzluluktan bağımsız olarak sabit olduğunu gözlemlediler.

Daha sonra ekip, solunum oranlarındaki artışın belirli bir iyonun taşınmasıyla bağlantılı olup olmadığına baktı. Tuz iyonları kalsiyum ve sodyumun radyoaktif izotopları, araştırmacıların hayvanların farklı iyonları ne kadar ve ne kadar hızlı aldığını ölçmesine olanak sağladı.

Araştırmacılar, kalsiyumun, düşük tuzlulukta böcek olmayanların artan metabolizmasının ana itici gücü olduğunu buldu. Yani kabuklular ve salyangoz, kalsiyumun zor bulunduğu bir ortamda ihtiyaç duydukları kalsiyum iyonlarını taşımak için daha çok çalıştılar.

Buna karşılık, tuzlu ortamda daha yüksek kalsiyum iyonu taşıma oranına sahip olmalarına rağmen böceklerin metabolik hızları hem tuzlu hem de seyreltik ortamlarda sabit kaldı. Böceklerin kalsiyuma çok az ihtiyaçları var gibi görünüyor; Aslında önceki araştırmalar aşırı kalsiyumun onlar için potansiyel olarak toksik olduğunu göstermiştir.

Araştırmacılar, hayvanların tuzları hareket ettirirken iç enerji ya da aktif taşımayı kullanmasının bu açıklamanın olabileceğini düşünüyor.

Buchwalter, "Böcek olmayanların metabolizmalarının seyreltik ortamlarda arttığını gördüğümüzde, bunun nedeni onların daha fazla kalsiyum almak için daha fazla çalışmak zorunda olmaları olabilir" diyor. "Her ne kadar mantığa aykırı görünse de, solunum hızları artmasa da dengeyi korumak için daha tuzlu bir ortamda daha fazla çalışan böcekler için bunun tersi doğrudur. Bunun yerine, normalde büyüme ve gelişmeye ayrılacak kaynakları kullanıyor gibi görünüyorlar. işler daha tuzlu hale geldiğinde aşırı iyon alımını 'geri almak' için geliştirme.

Buchwalter, "Tuz iyonlarının hareket ettirilmesinin hayvana enerji maliyeti vardır" diyor. "Dolayısıyla tatlı su böcekleri için, organizmaların kendi iç tuzluluk oranlarına yakın ortamlarda gelişmesi gerektiği fikri yanlıştır. Ayrıca, düşük kalsiyum talepleri, böceklerin tipik olarak ekolojiye hakim olduğu çok seyreltik ortamlarda gelişmelerine yardımcı olabilir. Bunun aksine, düşük Bu çalışmada kalsiyumun kabuklular ve salyangozlar için stresli olduğu görülüyor. Aynı habitatta yaşayan türlerin bu kadar farklı fizyolojilere sahip olabilmesi büyüleyici."

Gelecekteki çalışmalar, bu fizyolojik farklılıkların test edilen organizmaların atalarına mı yoksa dış iskeletlerinde/kabuklarında kalsiyum kullanımına mı dayandığını araştıracak.

Çalışma Journal of Experimental Biology'de yayınlanmakta ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından IOS 1754884 hibesi altında desteklenmektedir. İlk yazar ve Ph.D. aday Jamie Cochran, İyi Geceler Doktora Bursu tarafından desteklendi. Eskiden Kuzey Carolina Bilim ve Matematik Okulu öğrencisi olan Catelyn Banks de çalışmaya katkıda bulundu.